高光譜成像技術是光譜成像技術的一種，它將傳統(tǒng)二維成像技術和光譜技術有機結合在一起，既可以獲取目標物的二維空間信息，又可以獲得一維光譜信息。該技術具有空間可識別性、超多波段、高的光譜分辨率、光譜范圍廣和圖譜合一等眾多優(yōu)點。本文對高光譜成像技術的類型及優(yōu)勢做了介紹，對此感興趣的朋友可以了解一下！
什么是高光譜成像技術？
高光譜成像技術是近二十年來發(fā)展起來的基于非常多窄波段的影像數(shù)據(jù)技術，其最突出的應用是遙感探測領域，并在越來越多的民用領域有著更大的應用前景。它集中了光學、光電子學、電子學、信息處理、計算機科學等領域的先進技術，是傳統(tǒng)的二維成像技術和光譜技術有機的結合在一起的一門新興技術。
高光譜成像技術的定義是在多光譜成像的基礎上，在從紫外到近紅外（200-2500nm）的光譜范圍內，利用成像光譜儀，在光譜覆蓋范圍內的數(shù)十或數(shù)百條光譜波段對目標物體連續(xù)成像。在獲得物體空間特征成像的同時，也獲得了被測物體的光譜信息。
高光譜成像技術具有超多波段（上百個波段）、高的光譜分辨率（幾個nm）、波段窄（<10-2λ）、光譜范圍廣（200-2500nm）和圖譜合一等特點。優(yōu)勢在于采集到的圖像信息量豐富，識別度較高和數(shù)據(jù)描述模型多。由于物體的反射光譜具有“指紋”效應，不同物不同譜，同物一定同譜的原理來分辨不同的物質信息。
高光譜成像技術的類型：
1.根據(jù)成像方式的不同分
根據(jù)成像方式的不同，可將高光譜成像技術分為掃描型和快照式兩大類，掃描型高光譜成像技術又分為擺掃式，推掃式和凝采式三種。
1）擺掃式高光譜成像技術
也叫做撣掃式、揮掃式高光譜成像技術，其掃描方式是點掃描。該類型儀器的核心部件是線陣列光電探測器，其作用是接收目標不同波長下的輻射能，其一般在掃描儀的前方安裝光學鏡頭，利用機械傳動裝置帶動鏡頭左右擺動以及飛行平臺向前移動完成對地面目標的逐點掃描，達到獲取多個窄波段連續(xù)光譜圖像的目的。
2）推掃式高光譜成像技術
也叫做推帚式高光譜成像技術，其掃描方式是線掃描。該類型儀器通過推掃的方式每次獲取一行目標信息，因此其前方不需要移動探測部件，其采用二維面陣列探測器，其中，一維用于接收保存光譜信息，與之相垂直的另一維為線性陣列，其作用是分散并聚焦目標物體在不同波長下的輻射能。
3）凝采式高光譜成像技術
也叫做凝視式高光譜成像技術，其掃描方式是顏色掃描。該類型儀器通過顏色掃描方式每次獲取一個波長下的目標信息。其采用單色器或電調諧濾波器完成不同光譜通道之間的切換，以達到探測器采集相應波長的目標物體全部信息的目的。
4）快照式高光譜成像技術
其成像方式無需掃描，能夠一次性獲取目標物體包括一維光譜信息在內的全部信息。該類儀器系統(tǒng)內部不存在移動部件或其他動態(tài)調節(jié)組件，抗干擾能力強，且成像速度快，因此適用于移動速度較快的目標物體，并且可以達到實時監(jiān)測的目的。
2.根據(jù)分光原理的不同分
根據(jù)分光原理的不同，可將高光譜成像技術分為色散型、干涉型、計算層析型等幾種類型。
1）色散型高光譜成像技
色散型高光譜成像技術主要包括色散棱鏡型、衍射光柵型以及聲光、液晶可調諧濾光片型（AOTF）等高光譜成像技術。色散型高光譜成像技術利用光柵、棱鏡等色散元件將經(jīng)準直透鏡準直后的光線色散成連續(xù)分布的單色光，光線經(jīng)聚焦會聚于探測元件上，最終得到每一個像元的強度。該技術出現(xiàn)較早，又其原理結構簡單，性能穩(wěn)定，因此發(fā)展比較成熟。但是該系統(tǒng)內部狹縫的存在導致光譜分辨率、能量利用率以及信噪比很難提高成為制約該技術繼續(xù)發(fā)展的瓶頸問題。
2）干涉型高光譜成像技
干涉型高光譜成像技術也稱傅立葉變換型高光譜成像技術，主要包括傅里葉變換型（邁克爾遜干涉型、三角共路干涉型、雙折射偏振干涉型）、液晶可調諧濾光片型（LCTF）等高光譜成像技術。干涉型高光譜成像技術將獲取的干涉強度信息通過傅里葉變換轉換成目標的光譜信息，是間接光譜成像技術。干涉型的高光譜成像儀較上述色散型高光譜成像儀具有多通道、高通量、高光譜分辨率、高信噪比等優(yōu)點。
3）計算層析型高光譜成像技術
計算層析型高光譜成像技術是隨著計算機技術、探測器水平以及醫(yī)學上斷層掃描技術的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新興技術，目前還處于理論及方法研究階段。該技術將計算機斷層掃描技術應用于高光譜成像技術中，將目標圖像的數(shù)據(jù)立方體視作三維，物體，沿著一個或者多個方向投影到探測器上，再根據(jù)數(shù)據(jù)立方體與獲得的投影圖像之間的關系，選擇合適的重建算法重構出目標的三維數(shù)據(jù)立方體。其顯著的優(yōu)點是其具有全視場性，不僅能夠保證較高的光通量及光能利用率，而且能夠快速精確的獲取目標物體的二維空間信息和一維光譜信息。
高光譜成像技術的優(yōu)勢：
①波段多，波段寬度窄。成像光譜儀在可見光和近紅外光譜區(qū)內有數(shù)十甚至數(shù)百個波段。與傳統(tǒng)的遙感相比，高光譜分辨率的成像光譜儀為每一個成像象元提供很窄的（一般<10nm）成像波段，波段數(shù)與多光譜遙感相比大大增多，在可見光和近紅外波段可達幾十到幾百個，且在某個光譜區(qū)間是連續(xù)分布的，這不只是簡單的數(shù)量增加，而是有關地物光譜空間信息量的增加。
②光譜響應范圍廣，光譜分辨率高。成像光譜儀響應的電磁波長從可見光延伸到近紅外，甚至到中紅外。成像光譜儀采樣的間隔小，光譜分辨率達到納米級，一般為10nm左右。精細的光譜分辨率反映了地物光譜的細微特征。
③可提供空間域信息和光譜域信息，即“譜像合一”，并且由成像光譜儀得到的光譜曲線可以與地面實測的同類地物光譜曲線相類比。在成像高光譜遙感中，以波長為橫軸，反射值為縱軸建立坐標系，可以使高光譜圖像中的每一個像元在各通道的反射值都能產(chǎn)生1條完整、連續(xù)的光譜曲線，即所謂的“譜像合一”。
④數(shù)據(jù)量大，信息冗余多。高光譜數(shù)據(jù)的波段眾多，其數(shù)據(jù)量巨大，而且由于相鄰波段的相關性高，信息冗余度增加。
⑤數(shù)據(jù)描述模型多，分析更加靈活。高光譜影像通常有三種描述模型：圖像模型、光譜模型與特征模型。
