便携式高光谱和田玉测试案例

1．什么是高光谱

成像光谱技术由分光计发展而来，它是一项新技术，又名高光谱成像技术，传统的光谱分析技术只能做局部平均光谱分析，而高光谱能够做到整幅图的各个点光谱分析。成像光谱有凝视成像型、推帚型、摆扫型。它能够在生成一副图像的同时获取这副图像每个像素点的光谱信息，实现“图谱合一”。高光谱获取的光谱信息能够包括图像中任何一个像素点的光谱，而普通的地物光谱仪只能获取测试地物的平均光谱，所以高光谱获取的数据能够跟准确、精细地去分析被测地物。它的出现标志着光学遥感进入了高光谱遥感阶段，利用从高光谱数据反演的地物反射光谱特征，能研究地球表面物体的分类、物质的成分、含量、存在状态、空间分布及动态变化。

1．1光谱检测法

随着社会的发展和人们生活水平的提高，对美的追求也随之提高。宝玉石以其具有独特 的美学价值越来越受到人们的青睐。宝玉石文物不仅仅有着浓厚的艺术色彩，更有着无法估量的历史价值。一些出土的文物中，会出现难于准确区分类别的宝玉石材质，快速准确的进行类型识别显得尤为重要。

宝玉石材质的传统鉴别主要有通过宝石放大镜，宝石显微镜观测的直接观察法。这种方法不仅仅专业要求高，而且凭借经验得到的鉴定结果很少能有可靠地技术支撑，缺乏说服 力。另外，常用的分析仪器有拉曼光谱分析仪，红外光谱分析仪以及Ｘ射线衍射分析仪，可以根据矿物的标准图谱对未知矿物的组成进行分析。但由于这三种分析仪体积大，不便携，因此只能在实验室使用样本进行分析。这不仅影响了宝玉石文物材质识别的时效性，更加影响了文物完整性。高光谱技术是遥感技术与光谱技术的结合，可以获取连续窄波段的光谱数据，在地面实验中可以分为不成像的便携式地物光谱仪和图谱合一的成像光谱仪。通过使用便携式地物光谱仪，可以获得波段范围在350-2500nm（可见光－近红外－短波红外波段）之间很窄的、完整的、近乎连续的光谱反射率数据，而这往往是开展成像光谱数据分析的基础。便携式地物光谱仪由于其体积小，便于在野外工作，并且测量速度快，操作简单，因此提高了测量数据的速率，保证了测量数据的质量。除此之外，利用该光谱仪所需能量低，分析时间只需要几秒钟，无需任何化学试剂，不会对人体造成伤害。高光谱波段能准确揭示宝玉石中基团分子振动的倍频与合频吸收信息，分析出关于化学键结合的振动特性等复杂结构信息，对于宝玉石分析有非常大的潜力。目前，便携式光谱仪已经被用于不同年代青花料光谱特征分析、中国画颜料成分分析等研究中，但关于不同种类宝玉石材质的光谱特征分析还很不充分。

2.实验内容

运用便携式高光谱对和田玉样品进行光谱反射率测试。

实验仪器：本次测试使用iSpecHyper-VS1000便携式高光谱成像系统（图2-1），其光谱范围400-1000nm，光谱通道数300，空间通道数400（4像元合并），探测器为CMOS，视场角为22.6°@f=24mm以及99%标准反射率板。室内模拟光源一套。图2-2为实验示意图。图2-3为实验现场图。

图2-1 iSpecHyper-VS1000便携式高光谱

图2-2实验示意图

图2-3实验现场图

2.1数据处理

在暗室环境，按图搭建光路，光路不变的条件下，相机扫描样品所在位置范围内的光谱数据，测量其400-1000nm光谱。图2-4为实验图。

图2-4实验图

ENVI软件计算后光谱图

图2-5相对白参考光谱图

 

1号位置相对反射率光谱图 2号位置相对反射率光谱图

 

3号位置相对反射率光谱图 4号位置相对反射率光谱图

 

5号位置相对反射率光谱图 样品中心相对反射率光谱图

3.实验结论

由样品的5个位置的测试数据对比可以看出，样品整体表面的反射光谱有所不同，可见光相机拍摄出较亮的位置，在450-1000nm波段的相对反射率平均在50%左右，可见光相机拍摄较暗的位置，在450-1000nm波段的相对反射率平均在40%左右。在可见光及后外波段的整体反射率较为平稳，没有特征峰值。根据文献查询，和田玉的光谱特征在短红外到远红外，因此要测得更准确和田玉的光谱特征，可采用便携式地物光谱仪iSpecField-NIR/WNIR进行反射率测试。图3-1便携式地物光谱仪iSpecField-NIR/WNIR。

图3-1便携式地物光谱仪iSpecField-NIR/WNIR

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便携式地物光谱仪iSpecField-NIR/WNIR

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便携式高光谱成像系统iSpecHyper-VS1000

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审核编辑 黄宇