??便攜式高光譜和田玉測(cè)試案例

??1.什么是高光譜

??成像光譜技術(shù)由分光計(jì)發(fā)展而來，它是一項(xiàng)新技術(shù)，又名高光譜成像技術(shù)，傳統(tǒng)的光譜分析技術(shù)只能做局部平均光譜分析，而高光譜能夠做到整幅圖的各個(gè)點(diǎn)光譜分析。成像光譜有凝視成像型、推帚型、擺掃型。它能夠在生成一副圖像的同時(shí)獲取這副圖像每個(gè)像素點(diǎn)的光譜信息，實(shí)現(xiàn)“圖譜合一”。高光譜獲取的光譜信息能夠包括圖像中任何一個(gè)像素點(diǎn)的光譜，而普通的地物光譜儀只能獲取測(cè)試地物的平均光譜，所以高光譜獲取的數(shù)據(jù)能夠跟準(zhǔn)確、精細(xì)地去分析被測(cè)地物。它的出現(xiàn)標(biāo)志著光學(xué)遙感進(jìn)入了高光譜遙感階段，利用從高光譜數(shù)據(jù)反演的地物反射光譜特征，能研究地球表面物體的分類、物質(zhì)的成分、含量、存在狀態(tài)、空間分布及動(dòng)態(tài)變化。

??1.1光譜檢測(cè)法

??隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，對(duì)美的追求也隨之提高。寶玉石以其具有獨(dú)特 的美學(xué)價(jià)值越來越受到人們的青睞。寶玉石文物不僅僅有著濃厚的藝術(shù)色彩，更有著無法估量的歷史價(jià)值。一些出土的文物中，會(huì)出現(xiàn)難于準(zhǔn)確區(qū)分類別的寶玉石材質(zhì)，快速準(zhǔn)確的進(jìn)行類型識(shí)別顯得尤為重要。

??寶玉石材質(zhì)的傳統(tǒng)鑒別主要有通過寶石放大鏡，寶石顯微鏡觀測(cè)的直接觀察法。這種方法不僅僅專業(yè)要求高，而且憑借經(jīng)驗(yàn)得到的鑒定結(jié)果很少能有可靠地技術(shù)支撐，缺乏說服 力。另外，常用的分析儀器有拉曼光譜分析儀，紅外光譜分析儀以及X射線衍射分析儀，可以根據(jù)礦物的標(biāo)準(zhǔn)圖譜對(duì)未知礦物的組成進(jìn)行分析。但由于這三種分析儀體積大，不便攜，因此只能在實(shí)驗(yàn)室使用樣本進(jìn)行分析。這不僅影響了寶玉石文物材質(zhì)識(shí)別的時(shí)效性，更加影響了文物完整性。高光譜技術(shù)是遙感技術(shù)與光譜技術(shù)的結(jié)合，可以獲取連續(xù)窄波段的光譜數(shù)據(jù)，在地面實(shí)驗(yàn)中可以分為不成像的便攜式地物光譜儀和圖譜合一的成像光譜儀。通過使用便攜式地物光譜儀，可以獲得波段范圍在350-2500nm(可見光-近紅外-短波紅外波段)之間很窄的、完整的、近乎連續(xù)的光譜反射率數(shù)據(jù)，而這往往是開展成像光譜數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)。便攜式地物光譜儀由于其體積小，便于在野外工作，并且測(cè)量速度快，操作簡(jiǎn)單，因此提高了測(cè)量數(shù)據(jù)的速率，保證了測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量。除此之外，利用該光譜儀所需能量低，分析時(shí)間只需要幾秒鐘，無需任何化學(xué)試劑，不會(huì)對(duì)人體造成傷害。高光譜波段能準(zhǔn)確揭示寶玉石中基團(tuán)分子振動(dòng)的倍頻與合頻吸收信息，分析出關(guān)于化學(xué)鍵結(jié)合的振動(dòng)特性等復(fù)雜結(jié)構(gòu)信息，對(duì)于寶玉石分析有非常大的潛力。目前，便攜式光譜儀已經(jīng)被用于不同年代青花料光譜特征分析、中國(guó)畫顏料成分分析等研究中，但關(guān)于不同種類寶玉石材質(zhì)的光譜特征分析還很不充分。

??2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

??運(yùn)用便攜式高光譜對(duì)和田玉樣品進(jìn)行光譜反射率測(cè)試。

??實(shí)驗(yàn)儀器：本次測(cè)試使用iSpecHyper-VS1000便攜式高光譜成像系統(tǒng)(圖2-1)，其光譜范圍400-1000nm，光譜通道數(shù)300，空間通道數(shù)400(4像元合并)，探測(cè)器為CMOS，視場(chǎng)角為22.6°@f=24mm以及99%標(biāo)準(zhǔn)反射率板。室內(nèi)模擬光源一套。圖2-2為實(shí)驗(yàn)示意圖。圖2-3為實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖。

??2.1數(shù)據(jù)處理

??在暗室環(huán)境，按圖搭建光路，光路不變的條件下，相機(jī)掃描樣品所在位置范圍內(nèi)的光譜數(shù)據(jù)，測(cè)量其400-1000nm光譜。圖2-4為實(shí)驗(yàn)圖。

圖2-4 實(shí)驗(yàn)圖

??ENVI軟件計(jì)算后光譜圖

圖2-5相對(duì)白參考光譜圖

??3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

??由樣品的5個(gè)位置的測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，樣品整體表面的反射光譜有所不同，可見光相機(jī)拍攝出較亮的位置，在450-1000nm波段的相對(duì)反射率平均在50%左右，可見光相機(jī)拍攝較暗的位置，在450-1000nm波段的相對(duì)反射率平均在40%左右。在可見光及后外波段的整體反射率較為平穩(wěn)，沒有特征峰值。根據(jù)文獻(xiàn)查詢，和田玉的光譜特征在短紅外到遠(yuǎn)紅外，因此要測(cè)得更準(zhǔn)確和田玉的光譜特征，可采用便攜式地物光譜儀iSpecField-NIR/WNIR進(jìn)行反射率測(cè)試。圖3-1便攜式地物光譜儀iSpecField-NIR/WNIR。

圖3-1 便攜式地物光譜儀iSpecField-NIR/WNIR