长波红外地物成像光谱技术研究的开题报告.docx

长波红外地物成像光谱技术研究的开题报告
一、研究背景及意义
地物成像光谱技术（HyperspectralImaging，HSI）是一种将光谱学与成像学相结合的高精度、高信息量的遥感技术，HSI可以获取每个空间像元的整个光谱信息，即可获取超过100个波段的数据，远高于传统遥感的光谱波段范围，从而可以深入地研究物质的物化性质和化学组成等信息。长波红外地物成像光谱技术（LongWaveInfraredHyperspectralImaging,LWIR-HSI）是在LWIR波段（8-14um）范围内进行的HSI技术，其光谱范围表现为由成像仪在选定波段的选通滤光片允许的波长范围内的有限波长。由于在这个波段内可探测到大部分物质的振动信号，因此LWIR-HSI在农业、遥感、地质勘探、环境监测、建筑物体检测等领域具有较广泛的应用前景。
在实际应用中，LWIR-HSI技术可以在夜间、恶劣环境以及遇到遮挡物时，依然保持有效探测。尤其是在空气中自由传播，没有固体障碍的情况下，LWIR波段的光可以穿透低透射的材料如烟雾、雾、气体等，对于需要有效探测这些介质下的物质信息的情景下，LWIR-HSI技术具有独特的优势。
目前，长波红外地物成像光谱技术在农业方面有着广泛的应用，包括农作物的生长状态检测、病虫害检测、土壤含水量探测等。在工业中，它还可以用于热成像、焊接检测、表面质量检测等领域。在病理学领域，该技术常用于进行癌细胞的振动光谱检测和识别。此外，它还可用于燃气溢漏的监测、山火、森林火灾的探测，以及城市污染、交通监测等。因此，在对LWIR-HSI技术的研究中，探究它在定性及定量分析物质组成、确认物质的物理性质和破坏现象等方面的性能，具有重要的理论及应用意义。
二、研究内容及方案
1.研究内容
本论文议题为“长波红外地物成像光谱技术研究”，旨在借助LWIR-HSI技术探究物质物理特性、研究物质组成和材料属性，为LWIR-HSI技术的研究及应用提供贡献。具体研究内容如下：
(1)探究LWIR-HSI技术的原理及特点。介绍LWIR-HSI的数据获取和分析处理流程，包括利用的软件工具、光谱校正、噪声去除技术等。
(2)分析LWIR-HSI在不同领域中的应用。总结目前LWIR-HSI在农业、遥感、医学等领域的研究情况。
(3)利用LWIR-HSI技术进行实验研究。收集LWIR-HSI数据，通过数据处理，分析物质组成及材料属性，同时研究不同物质样本的光谱特征并制作样品吸收谱。
(4)分析LWIR-HSI技术的优势和局限性，探究如何提高这种技术的可靠性及精准性，从技术层面解决与应用相关的困难和问题。
2.研究方案
（1）文献与数据收集：收集LWIR-HSI技术的原理、应用领域、技术研究等方面的相关文献，获取美国地质勘探局（USGS）预处理过的数据或借助实验室先前采集的有范围的LWIR-HSI实验数据。
（2）实验设计：设计LWIR-HSI实验方案，包括样品准备、光谱数据采集、实验环境控制等。其中主要的实验样品是天然矿石和多种人造材料。数据采集后，进行基于光谱图标的分类与识别和其他信号处理方法的评估和测试，以评估LWIR-HSI技术在材料分析方面的性能。
（3）数据处理：在实验完成后，对数学模型进行建模，并对LWIR-HSI采集数据进行图像预处理和谱数据分析，利用主成分分析、光谱图像法和神经网络方法等评估分类与识别效果。从而揭示出不同的材料，可以区分并检测的物质的共同特征和区别，可以推测它们的物理性质以及组成情况。
三、研究预期成果
本论文尝试利用LWIR-HSI技术，分析不同样品材料的光谱特征，建立定量检测模型分析样品的物理属性特点和化学成分，并针对LWIR-HSI技术的优势和局限性，完善应用领域和技术应用。预期达成的研究成果如下：
（1）收集LWIR-HSI相关文献，总结LWIR-HSI的原理、技术应用等。
（2）从实验数据中提取可以用于定量分析的特征，建立量化检测模型，并进行模型优化。
（3）为不同领域如医药、农业、环境监测等各个领域的LWIR-HSI技术研究及应用提供专业建议和应用场景等参考资料。
（4）提出改进LWIR-HSI技术在实际应用中的缺陷，为其改进提供新思路与方法。
四、研究计划与预算
1.研究计划
（1）前期准备：2022年5月-2022年7月
文献筛选、实验样品准备、实验方案设计等。
（2）实验过程：2022年8月-2022年12月
数据采集、数据处理、模型建立等。
（3）论文撰写：2022年12月-2023年1月
（4）试验措施和方案定编：2023年1月-2023年2月
（5）试验执行：2023年2月-2023年5月
（6）数据处理、论文撰写：2023年6月-2023年10月
2.预算
本研究需要购买的实验设备及材料主要有矿物样品（1000元