高光譜成像儀作為精密的光學(xué)儀器，它不僅可以獲得目標(biāo)的二維空間信息，同時(shí)還能獲得目標(biāo)的一維光譜信息，形成一個(gè)三維數(shù)據(jù)立方體，完成對(duì)目標(biāo)特性的綜合探測(cè)。本文對(duì)高光譜成像儀光譜數(shù)據(jù)的獲取方法與處理方法做了介紹，對(duì)此感興趣的朋友可以了解一下！
高光譜成像儀光譜數(shù)據(jù)的獲取方法：
高光譜數(shù)據(jù)采集完成后，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中采集的高光譜圖像會(huì)包含一些背景噪聲，需要對(duì)高光譜成像儀拍攝的樣本圖像去除噪聲和背景，選取感興趣區(qū)域（Region Of Interest，ROI），然后提取ROI范圍內(nèi)平均反射率作為光譜特征。提取流程為：
讀取經(jīng)過(guò)校正處理的高光譜圖像，進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換得到灰度圖像，根據(jù)灰度值不同設(shè)置閾值進(jìn)一步分割轉(zhuǎn)化為二值化圖像，將分割后的二值化圖像與高光譜圖像“與”操作，得到感興趣區(qū)域，計(jì)算感興趣區(qū)域樣品所有像素點(diǎn)的平均反射率，以此作為目標(biāo)樣品的光譜特征。
高光譜成像儀光譜數(shù)據(jù)的預(yù)處理方法：
高光譜在采集數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)有成百上千個(gè)不同的波段數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量巨大從而增加了數(shù)據(jù)處理的難度。而且在高光譜圖像采集過(guò)程中會(huì)有來(lái)自儀器與環(huán)境的干擾，獲得的光譜信號(hào)易存在噪聲和基線漂移等誤差，很多數(shù)據(jù)是無(wú)效的需要依靠后續(xù)手段提取光譜數(shù)據(jù)中的有效信息，為了提高信噪比與模型分類準(zhǔn)確性，最大程度方便后續(xù)進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。目前，用于光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理的方法有很多，主要包括Norm、MSC、1st、SG和SNV幾種數(shù)據(jù)處理方法。
1.Norm處理方法
Norm將數(shù)據(jù)按比例平移、縮放，使數(shù)據(jù)統(tǒng)一映射到特定區(qū)間內(nèi)，其目的是消除不同數(shù)據(jù)單位的限制，讓數(shù)據(jù)具有可比性，避免數(shù)據(jù)量綱對(duì)結(jié)果產(chǎn)生的影響，同時(shí)也可以使數(shù)據(jù)的每個(gè)特征對(duì)模型分析結(jié)果做出同樣的貢獻(xiàn)，便于下一步建模處理。
2.MSC處理方法
MSC處理數(shù)據(jù)之后效果明顯，可以提高模型分析結(jié)果，因此被廣泛用于處理各種物質(zhì)的原始光譜。由于光在物體表面散射作用不同，生成的光譜曲線也會(huì)發(fā)生變化，而MSC可以減少由于物體表面顆粒大小分布不均勻引起的散射現(xiàn)象，通過(guò)計(jì)算樣本所有像素點(diǎn)的光譜數(shù)據(jù)的平均值作為修正光譜，并以此修正減少光譜間由于基線平移導(dǎo)致的差異，對(duì)光譜數(shù)據(jù)校正，有效增強(qiáng)有用的光譜信息。
3.1st處理方法
1st對(duì)光譜直接求一階導(dǎo)數(shù)，可以表示某個(gè)波長(zhǎng)的變化率。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，由于背景顏色還有光照強(qiáng)度等因素會(huì)造成一些不可避免的誤差，但是通過(guò)導(dǎo)數(shù)算法可以有效消除由背景漂移造成的干擾，降低誤差提高數(shù)據(jù)分辨率和靈敏度。
4.SG處理方法
SG平滑又稱卷積平滑，是基于最小二乘原理的一種預(yù)處理算法，被廣泛用于數(shù)據(jù)，去噪。通過(guò)使用最小二乘法對(duì)高階多項(xiàng)式進(jìn)行擬合獲得加權(quán)權(quán)重，然后對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)濾波處理，SG能夠增加光譜特征的平滑性，保留樣本相對(duì)極大值和極小值等特性，消除光譜中的高頻噪音，減少拍攝過(guò)程中的噪音干擾。
5.SNV處理方法
SNV與MSC方法類似，主要是減少光照時(shí)由于樣本顆粒大小以及不均勻造成的表面散射現(xiàn)象。但是SNV的計(jì)算核心是假定測(cè)量樣本的光譜中各個(gè)波長(zhǎng)的反射率值滿足正態(tài)分布，并且是針對(duì)每條光譜分別進(jìn)行校正，從而使其盡量接近沒(méi)有光譜信號(hào)誤差的理想光譜。
