高光譜成像技術(shù)是一種綜合型光譜成像技術(shù)，將光譜學(xué)與機(jī)器視覺(jué)相結(jié)合，可以同時(shí)獲得檢測(cè)目標(biāo)的一維光譜信息與二維空間信息，具有“圖譜合一”的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)樣本的快速、無(wú)損檢測(cè)，為有關(guān)行業(yè)提供了有效的分析手段。本文對(duì)高光譜成像技術(shù)的原理及特點(diǎn)做了介紹，感興趣的朋友可以了解一下！
什么是高光譜成像技術(shù)？
高光譜成像技術(shù)是新一代光電檢測(cè)技術(shù)，興起于20世紀(jì)80年代，目前UV任延血及展干。高光譜成像是相對(duì)多光譜成像而言，通過(guò)高光譜成像方法獲得的高光譜圖像與通過(guò)多光譜成像獲取的多光譜圖像相比，具有更豐富的圖像和光譜信息。如果根據(jù)傳感器的光譜分辨率對(duì)光譜成像技術(shù)進(jìn)行分類，一般可分成3類：
1.多光譜成像（Multi spectral）——光譜分辨率在0.1μm數(shù)量級(jí)，這樣的傳感器在可見(jiàn)光和近紅外區(qū)域一般只有幾個(gè)波段。
2.高光譜成像（Hyper spectral）——光譜分辨率在0.01μm數(shù)量級(jí)，這樣的傳感器在可見(jiàn)光和近紅外區(qū)域有幾十到數(shù)百個(gè)波段，光譜分辨率可達(dá)nm級(jí)。
3.超光譜成像（Ultra spectral）——光譜分辨率在0.001μm數(shù)量級(jí)，這樣的傳感器在可見(jiàn)光和近紅外區(qū)域可達(dá)數(shù)千個(gè)波段。
高光譜成像技術(shù)的基本原理：
高光譜圖像是一系列光波波長(zhǎng)處的光學(xué)圖像（光源有特定的波長(zhǎng)），它比多光譜圖像有更高的波長(zhǎng)分辨率，通常分辨率可達(dá)到1～3nm。高光譜圖像數(shù)據(jù)是三維的，有時(shí)稱為圖像塊。其中二維是圖像像素的橫縱坐標(biāo)信息（以坐標(biāo)x和y表示），第三維是波長(zhǎng)信息（以λ表示）。例如，一個(gè)為512x512像素的圖像檢測(cè)器陣列在100個(gè)波長(zhǎng)處獲得樣品圖像信息，圖像塊就是512 x512x100的三維陣列。
高光譜圖像技術(shù)的硬件組成主要包括光源、CCD攝像頭、裝備有圖像采集卡的計(jì)算機(jī)和單色儀。光源的波譜范圍可以在紫外（200nm～400nm）、可見(jiàn)光（400nm～760nm）、近紅外（760nm～2560nm）以及波長(zhǎng)大于2560nm的區(qū)域。攝像頭能接受從物體表面反射或透射來(lái)的光，并通過(guò)CCD傳感器把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。CCD傳感器分為線列（一次曝光獲得一維圖像信號(hào)）和面列（一次曝光獲得二維圖像信號(hào)）兩種，后者比前者的成本高。圖像采集卡把CCD得到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)顯示出來(lái)。單色儀用來(lái)獲得特定波長(zhǎng)的光，特定波長(zhǎng)的光可通過(guò)濾波器（濾波片）和圖像光譜儀兩種方式獲得。因此，根據(jù)單色儀的不同，可以分為如下兩種高光譜圖像采集系統(tǒng)。
第一種是基于濾波器或?yàn)V波片的高光譜圖像系統(tǒng)，如下圖左所示。這種萬(wàn)法所米用的成像裝置主要由CCD攝像頭和可用于波長(zhǎng)選擇的元件組成。常用的波長(zhǎng)選擇元件有窄帶濾波片、液晶可調(diào)式濾鏡、聲光可調(diào)式濾鏡等。高光譜圖像獲取方法是：通過(guò)連續(xù)采集一系列波段條件下的樣品二維圖像，即在每個(gè)波長(zhǎng)λi（i＝1，2，3，…n；其中n為正整數(shù)）得到一幅二維圖像（橫坐標(biāo)為x，縱坐標(biāo)為y），從而得到三維圖像塊（x，y，λ），如上圖右所示。
第二種是基于光譜儀的高光譜圖像系統(tǒng)，如下圖左所示。這種成像裝置主要由CCD攝像頭和光譜儀組成。CCD攝像頭采用線列探測(cè)器作為敏感元件。工作時(shí)，圖像光譜儀將檢測(cè)樣品反射或透射來(lái)的光分成單色光源后進(jìn)入CCD攝像頭。該系統(tǒng)采用“掃帚式”成像方法得到高光譜圖像。線列探測(cè)器在光學(xué)焦面的垂直方向作橫向排列完成橫向掃描（x軸向），可以獲取對(duì)象條狀空間中每個(gè)像素在各個(gè)波長(zhǎng)條件的圖像信息；同時(shí)在檢測(cè)系統(tǒng)輸送帶前進(jìn)過(guò)程中，排列的探測(cè)器就好像掃帚掃地一樣掃出一條帶狀軌跡，從而完成縱向掃描（y軸向），綜合橫縱掃描信息就可得到樣品的三維高光譜圖像數(shù)據(jù)，如下圖右所示。
高光譜成像技術(shù)的特點(diǎn)：
1.波段多，波段寬度窄
成像光譜儀在可見(jiàn)光和近紅外光譜區(qū)內(nèi)有數(shù)十甚至數(shù)百個(gè)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(gè)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(jiàn)光和近紅外波段可達(dá)幾十到幾百個(gè)，且在某個(gè)光譜區(qū)間是連續(xù)分布的，這不只是簡(jiǎn)單的數(shù)量增加，而是有關(guān)地物光譜空間信息量的增加。
2.光譜響應(yīng)范圍廣，光譜分辨率高
成像光譜儀響應(yīng)的電磁波長(zhǎng)從可見(jiàn)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(dá)到納米級(jí)，一般為10nm左右。精細(xì)的光譜分辨率反映了地物光譜的細(xì)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(shí)測(cè)的同類地物光譜曲線相類比。在成像高光譜遙感中，以波長(zhǎng)為橫軸，反射值為縱軸建立坐標(biāo)系，可以使高光譜圖像中的每一個(gè)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(guān)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。
