高光譜成像技術(shù)是光譜成像技術(shù)的一種，它將傳統(tǒng)二維成像技術(shù)和光譜技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，既可以獲取目標(biāo)物的二維空間信息，又可以獲得一維光譜信息。該技術(shù)具有空間可識(shí)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(diǎn)。本文對(duì)高光譜成像技術(shù)的類(lèi)型及優(yōu)勢(shì)做了介紹，對(duì)此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)是近二十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的基于非常多窄波段的影像數(shù)據(jù)技術(shù)，其最突出的應(yīng)用是遙感探測(cè)領(lǐng)域，并在越來(lái)越多的民用領(lǐng)域有著更大的應(yīng)用前景。它集中了光學(xué)、光電子學(xué)、電子學(xué)、信息處理、計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，是傳統(tǒng)的二維成像技術(shù)和光譜技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起的一門(mén)新興技術(shù)。
高光譜成像技術(shù)的定義是在多光譜成像的基礎(chǔ)上，在從紫外到近紅外（200-2500nm）的光譜范圍內(nèi)，利用成像光譜儀，在光譜覆蓋范圍內(nèi)的數(shù)十或數(shù)百條光譜波段對(duì)目標(biāo)物體連續(xù)成像。在獲得物體空間特征成像的同時(shí)，也獲得了被測(cè)物體的光譜信息。
高光譜成像技術(shù)具有超多波段（上百個(gè)波段）、高的光譜分辨率（幾個(gè)nm）、波段窄（<10-2λ）、光譜范圍廣（200-2500nm）和圖譜合一等特點(diǎn)。優(yōu)勢(shì)在于采集到的圖像信息量豐富，識(shí)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(yīng)，不同物不同譜，同物一定同譜的原理來(lái)分辨不同的物質(zhì)信息。
高光譜成像技術(shù)的類(lèi)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(shù)分為掃描型和快照式兩大類(lèi)，掃描型高光譜成像技術(shù)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(shù)
也叫做撣掃式、揮掃式高光譜成像技術(shù)，其掃描方式是點(diǎn)掃描。該類(lèi)型儀器的核心部件是線陣列光電探測(cè)器，其作用是接收目標(biāo)不同波長(zhǎng)下的輻射能，其一般在掃描儀的前方安裝光學(xué)鏡頭，利用機(jī)械傳動(dòng)裝置帶動(dòng)鏡頭左右擺動(dòng)以及飛行平臺(tái)向前移動(dòng)完成對(duì)地面目標(biāo)的逐點(diǎn)掃描，達(dá)到獲取多個(gè)窄波段連續(xù)光譜圖像的目的。
2）推掃式高光譜成像技術(shù)
也叫做推帚式高光譜成像技術(shù)，其掃描方式是線掃描。該類(lèi)型儀器通過(guò)推掃的方式每次獲取一行目標(biāo)信息，因此其前方不需要移動(dòng)探測(cè)部件，其采用二維面陣列探測(cè)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(biāo)物體在不同波長(zhǎng)下的輻射能。
3）凝采式高光譜成像技術(shù)
也叫做凝視式高光譜成像技術(shù)，其掃描方式是顏色掃描。該類(lèi)型儀器通過(guò)顏色掃描方式每次獲取一個(gè)波長(zhǎng)下的目標(biāo)信息。其采用單色器或電調(diào)諧濾波器完成不同光譜通道之間的切換，以達(dá)到探測(cè)器采集相應(yīng)波長(zhǎng)的目標(biāo)物體全部信息的目的。
4）快照式高光譜成像技術(shù)
其成像方式無(wú)需掃描，能夠一次性獲取目標(biāo)物體包括一維光譜信息在內(nèi)的全部信息。該類(lèi)儀器系統(tǒng)內(nèi)部不存在移動(dòng)部件或其他動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)組件，抗干擾能力強(qiáng)，且成像速度快，因此適用于移動(dòng)速度較快的目標(biāo)物體，并且可以達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(shù)分為色散型、干涉型、計(jì)算層析型等幾種類(lèi)型。
1）色散型高光譜成像技
色散型高光譜成像技術(shù)主要包括色散棱鏡型、衍射光柵型以及聲光、液晶可調(diào)諧濾光片型（AOTF）等高光譜成像技術(shù)。色散型高光譜成像技術(shù)利用光柵、棱鏡等色散元件將經(jīng)準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后的光線色散成連續(xù)分布的單色光，光線經(jīng)聚焦會(huì)聚于探測(cè)元件上，最終得到每一個(gè)像元的強(qiáng)度。該技術(shù)出現(xiàn)較早，又其原理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，因此發(fā)展比較成熟。但是該系統(tǒng)內(nèi)部狹縫的存在導(dǎo)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(shù)繼續(xù)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。
2）干涉型高光譜成像技
干涉型高光譜成像技術(shù)也稱(chēng)傅立葉變換型高光譜成像技術(shù)，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(diào)諧濾光片型（LCTF）等高光譜成像技術(shù)。干涉型高光譜成像技術(shù)將獲取的干涉強(qiáng)度信息通過(guò)傅里葉變換轉(zhuǎn)換成目標(biāo)的光譜信息，是間接光譜成像技術(shù)。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(diǎn)。
3）計(jì)算層析型高光譜成像技術(shù)
計(jì)算層析型高光譜成像技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、探測(cè)器水平以及醫(yī)學(xué)上斷層掃描技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新興技術(shù)，目前還處于理論及方法研究階段。該技術(shù)將計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)應(yīng)用于高光譜成像技術(shù)中，將目標(biāo)圖像的數(shù)據(jù)立方體視作三維，物體，沿著一個(gè)或者多個(gè)方向投影到探測(cè)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(guān)系，選擇合適的重建算法重構(gòu)出目標(biāo)的三維數(shù)據(jù)立方體。其顯著的優(yōu)點(diǎn)是其具有全視場(chǎng)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(biāo)物體的二維空間信息和一維光譜信息。
高光譜成像技術(shù)的優(yōu)勢(shì)：
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(lèi)地物光譜曲線相類(lèi)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。
