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)器視覺相結(jié)合，可以同時(shí)獲得檢測目標(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，可以實(shí)現(xiàn)對樣本的快速、無損檢測，為有關(guān)行業(yè)提供了有效的分析手段。本文對高光譜成像技術(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。高光譜成像是相對多光譜成像而言，通過高光譜成像方法獲得的高光譜圖像與通過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，這樣的傳感器在可見光和近紅外區(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，這樣的傳感器在可見光和近紅外區(qū)域有幾十到數(shù)百個(gè)波段，光譜分辨率可達(dá)nm級。
3.超光譜成像（Ultra spectral）——光譜分辨率在0.001μm數(shù)量級，這樣的傳感器在可見光和近紅外區(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處的光學(xué)圖像（光源有特定的波長），它比多光譜圖像有更高的波長分辨率，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），第三維是波長信息（以λ表示）。例如，一個(gè)為512x512像素的圖像檢測器陣列在100個(gè)波長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）、可見光（400nm～760nm）、近紅外（760nm～2560nm）以及波長大于2560nm的區(qū)域。攝像頭能接受從物體表面反射或透射來的光，并通過CCD傳感器把光信號轉(zhuǎn)換成電信號。CCD傳感器分為線列（一次曝光獲得一維圖像信號）和面列（一次曝光獲得二維圖像信號）兩種，后者比前者的成本高。圖像采集卡把CCD得到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并通過計(jì)算機(jī)顯示出來。單色儀用來獲得特定波長的光，特定波長的光可通過濾波器（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。這種萬法所米用的成像裝置主要由CCD攝像頭和可用于波長選擇的元件組成。常用的波長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器作為敏感元件。工作時(shí)，圖像光譜儀將檢測樣品反射或透射來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），可以獲取對象條狀空間中每個(gè)像素在各個(gè)波長條件的圖像信息；同時(shí)在檢測系統(tǒng)輸送帶前進(jìn)過程中，排列的探測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(dá)到納米級，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(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。
