350-2500波长地物光谱仪可以研究哪些方面

高光谱成像仪与地物光谱仪作物科学应用实验对比

高光谱相机是在连续光谱测量的基础上，同步进行可视化成像，具有图谱合一的独特优势。既可以观测到作物不同胁迫症状的空间特征，又可获取受胁迫作物的光谱信息，综合地反映作物遭受胁迫的程度。目前高光谱成像已经成为国内外研究的热点，学者们利用高光谱成像技术定量化地提取作物所遭受的各种胁迫特征,利用高分辨率的图像对叶片的物理性状、表型特征进行分析，从而进行多维度作物生理生态及内部机理探测研究。

传统的地物光谱仪仅能采集单一的光谱数据，其点测量（Spot measurement）数据采集方式造成测量效率低、误差大（比如几乎没法精准病斑测量）等缺点，且数据分析非常耗时。IQ智能高光谱相机具备智能化、高通量面测量、在线实时分析等特点，一举解决了高通量+光谱测量+成像分析问题，革新了作物表型研究、性状分析、病虫害监测研究的技术手段。

近日，我公司使用IQ便携式智能高光谱相机与ASD便携式地物光谱仪同时进行野外作物实地光谱数据采集及对比实验。

本实验使用以上两种仪器同时对试验田中的小麦进行数据采集，分别获取了同一区域的高光谱数据和图像信息。IQ采取内置推扫CCD成像技术，体积小、重量轻、能耗低，可更充分的测量每个地面分辨单元的能量，增加相对信噪比。ASD便携式地物光谱仪单次采集数据为视场内所有地物的平均光谱数据，仅得到一条光谱曲线；IQ获取的高光谱图像每个像素点都有其特有的光谱曲线，对地物的研究提供更精确度全面的信息。

图1  ASD高光谱数据结果（左图）、IQ高光谱成像数据结果（右图）

IQ相机自带数据分析及建模软件，可进行快速结果分析、自定义App操作，在一些恶劣环境下还可远程控制IQ相机进行数据采集；数据集可直接导入ENVI等通用光谱分析专业软件，进行进一步的分析。

试验田中有一区域的小麦患白 粉病较严重，健康小麦（橙色曲线）和患病小麦（绿色曲线）在400-1000nm范围有明显的反射差异，如下图所示。

图2 健康小麦和患白 粉病小麦的光谱差异图

基于IQ高光谱成像数据，我们现场即快速进行了建模分析，当即完成该区域白 粉病小麦的光谱模型创建。然后在创建的模型上对其他患病区域进行验证，通过对比，自动检测到的小麦白 粉病位置与实际位置匹配度较高，完全满足野外快速筛查植物病的需求。

图3 基于自定义APP快速识别小麦患白 粉病区域

IQ作为一款智能、便携的手持式科研高光谱仪，集高光谱数据采集、分析处理、结果可视化等功能特点于一体。相比地物光谱仪获取的目标高光谱信息更精确全面，同时又能获取目标的空间特征信息，图谱合一，为数据处理和分析提供更详细的信息。此外，IQ还可通过无线WIFI进行远程控制，从而实现无需人工值守的智能化操控作业。在作物表型研究、病虫害检测、抗性筛选和物种快速识别等研究应用中具有不可比拟的优势。

除此之外，在精 准农业、遗传育种、食品检测、艺术品鉴定、考古文博应用、医学检测、动物行为研究等领域，IQ智能高光谱相机也有着广泛的应用前景。

易科泰生态技术公司全面提供作物科学研究高光谱成像技术创新应用方案及叶绿素荧光技术方案，EcoTech实验室提供合作实验和作物表型检测技术服务。

ASD便携式地物光谱仪说明

在现代科学研究和环境监测领域，便携式光谱仪的使用越来越广泛，尤其是在野外地物采样和分析中，ASD便携式地物光谱仪凭借其高效、准确的性能，成为了众多科研人员和工程师的重要工具。本文将详细介绍ASD便携式地物光谱仪的基本功能、特点及其应用，为广大用户提供有关这款设备的全面理解。

ASD便携式地物光谱仪是一种能够快速、精确地测量物质表面光谱反射率的设备。它通过采集物体的光谱数据，帮助用户识别和分析物体的成分、物理特性及其变化。与传统实验室光谱仪不同，ASD便携式地物光谱仪具备更强的移动性和便捷性，能够在野外复杂的环境中稳定工作，因此深受环境监测、农业、矿业等领域的青睐。

功能与特点

ASD便携式地物光谱仪具备多项核心优势，使其在众多便携式光谱仪中脱颖而出。该设备提供宽广的光谱范围，能够覆盖350nm至2500nm的波长区间。这意味着它可以检测从紫外到近红外的光谱数据，满足各种地物样品的需求。ASD便携式地物光谱仪采用高精度的光学元件和传感器，确保采集到的光谱数据准确无误，即使在极端环境条件下，设备的稳定性和耐用性也能得到保证。

ASD便携式地物光谱仪的操作非常简便，用户只需通过触摸屏即可进行实时数据采集和处理。而且，该设备具备强大的数据分析能力，能够通过软件直接生成光谱分析报告，大大提高了工作效率。ASD便携式地物光谱仪还配备了GPS定位系统，能够精确记录采样位置，方便后续的数据整理和分析。

应用领域

ASD便携式地物光谱仪的应用领域非常广泛，尤其在环境监测和农业研究方面，展现了其巨大的潜力。在农业领域，该光谱仪可以帮助农民检测土壤和作物的健康状况，及时发现病虫害或缺乏营养的情况，从而采取科学的农艺措施，提高作物产量和质量。在环境科学中，ASD便携式地物光谱仪被用于监测土壤、植被和水体的变化，评估环境污染状况，进行生态保护和恢复工作。

ASD便携式地物光谱仪在矿产勘探、地质勘查、林业资源管理等领域同样具有重要应用。通过分析矿石的光谱反射特性，能够帮助矿产勘探人员快速识别矿物种类，提高矿产资源的开采效率。

总结

ASD便携式地物光谱仪是一款集高性能、易操作和多功能于一体的先进仪器，凭借其优越的光谱采集能力和广泛的应用领域，已经成为许多领域中不可或缺的设备。无论是在农业、环境监测，还是在矿产资源勘探中，ASD便携式地物光谱仪都为用户提供了精确、便捷的数据支持，推动了各项科研与实践工作的进展。随着技术的不断发展，ASD便携式地物光谱仪将继续为科学研究和产业应用提供强大的技术保障。

  土壤质量直接影响其有机体的健康。然而，土壤容易受到人类活动的干扰，如采矿、工业化和农业活动，导致严重的土壤污染。在各种土壤污染中，有毒元素会对人类和家畜健康以及食品安全造成威胁。因此，监测这些污染类型的浓度和分布对于土壤修复项目至关重要。然而，传统采样和实验室分析方法成本高、费事费力且局限于采样点位置，不能很好地具体化浓度的空间分布。因此，需要具有高空间效应的快速有效的技术。许多研究已经利用图像光谱和其它辅助数据或环境变量来预测有毒元素的分布。而由于卫星图像中云或阴影的存在，土壤采样和图像获取日期存在差距，这种情况下，需要用到具有不同光谱和空间特征图像的融合，以增加图像的时间分辨率。Sentinel-2A是“全 球环境与安全 监测”计划的第二颗卫星，其携带一枚多光谱成像仪，可覆盖13个光谱波段，从可见光和近红外到短波红外，具有不同的空间分辨率。Landsat 8是美国陆地卫星计划的第八颗卫星，其携带的陆地成像仪包括9个波段，空间分辨率为30 m。两者的协同应用将改进对地球表面的及时和准确观测，以及遥感不同学科的使用。

基于此，在本研究中，来自捷克生命科学大学的研究团队于2015年8月12日在Sarcheshmeh矿山采集了120个土壤样品，在实验室进行化学（As、Pb、Zn和Cr）和光谱测量（ASD Fieldspec 3地物光谱仪）。并于2015年8月13日获取Landsat 8-OLI图像，2016年1月20日获取Sentinel-2A图像。旨在探索Landsat 8-OLI和Sentinel-2A单个图像及其相融合量化As、Pb、Zn和Cr的潜力。为了达到融合目的，作者采用了不同的融合技术，即HSV色彩模型、Brovey、主成分分析（PCA）、Gram-Schmidt (GS)、小波和ATPRK。同时，采用遗传算法（GA）选取实验室光谱中所需的重要波长，以建立偏最 小二乘回归（PLSR）预测模型，以评估所选变量对最 终模型性能的影响。

【结果】

利用全部光谱（PLSR）和选定波长（GA-PLSR）建立的有毒元素预测模型的性能。（验证数据集）

整合了Landsat 8-OLI和Sentinel-2A波段的融合方法的定量评估

将GA-PLSR应用在图像像素光谱中建立的有毒元素预测模型的性能

【结论】

  研究结果表明，与单个Landsat 8-OLI和Sentinel-2A图像的像素光谱相比，其融合产物的像素光谱与实验室实测样品的反射响应高度一致，尤其是在VNIR区。单因素方差方法也在实验室光谱和融合图像像素光谱之间产生了更相似的波长。对于单个Landsat 8-OLI和Sentinel-2A图像，GA-PLSR模型在Sentinel-2A数据上性能较好，而Landsat8-OLI对As的预测结果更好。与其它融合技术相比，将GA-PLSR模型应用在ATPRK融合的图像中可以产生更准确的预测结果。总之，该研究表明，Landsat 8-OLI和Sentinel-2A图像相融合可以提高土壤有毒元素预测模型的性能。

 同步热分析，顾名思义，可以解释为以热进行分析的一种方法。  

（来源：林赛斯（上海）科学仪器有限公司）

FieldSpec 4 HR NG 

地物光谱仪

江苏省水利科学研究院 

安装现场

产品详情

产品简介：

2015年，ASD公司（现隶属于荷兰帕纳科）推出FieldSpec 4地物光谱仪Hi-Res NG，将光谱分辨率提升至6nm，这进一步提高了下一代高光谱成像传感器的分析精度，是地物光谱仪器的一次重要变革。

更高分辨率的高光谱仪器可以协助用户提高遥感分类应用的精度，识别更多之前无法从高光谱图像中获取的点像元信息。为了充分发挥下一代传感器的潜能，那么基于地面测量的光谱仪器可以对图像做准确的正射校准，如果分辨率达不到高光谱成像的要求，那么数据在后处理过程中会因插值而丢失重要的光谱信息。

FieldSpec 4 Hi-Res NG （简称FieldSpec 4 HR NG） 地物光谱仪大大提升了光谱分辨率，正是为了满足下一代高光谱成像系统（如：AVRIS-NG、HySpex ODIN-1024）的严格要求而设计。除了优越的光谱分辨率，像所有ASD地物光谱仪一样，FieldSpec 4 Hi-Res NG采用InGaAs SWIR检测器，在350nm到2500nm的全光谱范围进行1875波段（编码通道）的检测，从而提供更小的采样间隔（采样带宽），确保可以检出样品更细微的光谱特征。

优点：

完全为野外遥感设计

• 在太阳作为光源的情况下，同时拥有更高光谱分辨率和更低等效辐射噪声

• 光纤与主机严格固定，一体定标，可溯源到美国NIST

• 外形美观，坚固耐用，人体工学设计，使用体验舒适方便

• 海量应用文献，数据库完备，无缝兼容ENVI、TSG等更多的第三方工具软件

性能指标：

土壤质量直接影响其有机体的健康。然而，土壤容易受到人类活动的干扰，如采矿、工业化和农业活动，导致严重的土壤污染。在各种土壤污染中，有毒元素会对人类和家畜健康以及食品安全造成威胁。因此，监测这些污染类型的浓度和分布对于土壤修复项目至关重要。然而，传统采样和实验室分析方法成本高、费事费力且局限于采样点位置，不能很好地具体化浓度的空间分布。因此，需要具有高空间效应的快速有效的技术。许多研究已经利用图像光谱和其它辅助数据或环境变量来预测有毒元素的分布。而由于卫星图像中云或阴影的存在，土壤采样和图像获取日期存在差距，这种情况下，需要用到具有不同光谱和空间特征图像的融合，以增加图像的时间分辨率。Sentinel-2A是“全 球环境与安全监测”计划的第二颗卫星，其携带一枚多光谱成像仪，可覆盖13个光谱波段，从可见光和近红外到短波红外，具有不同的空间分辨率。Landsat 8是美国陆地卫星计划的第八颗卫星，其携带的陆地成像仪包括9个波段，空间分辨率为30 m。两者的协同应用将改进对地球表面的及时和准确观测，以及遥感不同学科的使用。

基于此，在本研究中，来自捷克生命科学大学的研究团队于2015年8月12日在Sarcheshmeh矿山采集了120个土壤样品，在实验室进行化学（As、Pb、Zn和Cr）和光谱测量（ASD Fieldspec 3地物光谱仪）。并于2015年8月13日获取Landsat 8-OLI图像，2016年1月20日获取Sentinel-2A图像。旨在探索Landsat 8-OLI和Sentinel-2A单个图像及其相融合量化As、Pb、Zn和Cr的潜力。为了达到融合目的，作者采用了不同的融合技术，即HSV色彩模型、Brovey、主成分分析（PCA）、Gram-Schmidt (GS)、小波和ATPRK。同时，采用遗传算法（GA）选取实验室光谱中所需的重要波长，以建立偏最小二乘回归（PLSR）预测模型，以评估所选变量对最 终模型性能的影响。

结  果

利用全部光谱（PLSR）和选定波长（GA-PLSR）建立的有毒元素预测模型的性能。（验证数据集）

整合了Landsat 8-OLI和Sentinel-2A波段的融合方法的定量评估

将GA-PLSR应用在图像像素光谱中建立的有毒元素预测模型的性能

结  论

研究结果表明，与单个Landsat 8-OLI和Sentinel-2A图像的像素光谱相比，其融合产物的像素光谱与实验室实测样品的反射响应高度一致，尤其是在VNIR区。单因素方差方法也在实验室光谱和融合图像像素光谱之间产生了更相似的波长。对于单个Landsat 8-OLI和Sentinel-2A图像，GA-PLSR模型在Sentinel-2A数据上性能较好，而Landsat8-OLI对As的预测结果更好。与其它融合技术相比，将GA-PLSR模型应用在ATPRK融合的图像中可以产生更准确的预测结果。总之，该研究表明，Landsat 8-OLI和Sentinel-2A图像相融合可以提高土壤有毒元素预测模型的性能。