高光譜成像儀用于廣泛的應(yīng)用。雖然最初是為采礦和地質(zhì)學(xué)開發(fā)的(高光譜成像識(shí)別各種礦物的能力使其成為采礦和石油工業(yè)的理想選擇，可用于尋找礦石和石油)，現(xiàn)在已經(jīng)傳播開來涉足生態(tài)學(xué)和監(jiān)測(cè)等廣泛領(lǐng)域，以及歷史手稿研究。這項(xiàng)技術(shù)正不斷地為公眾所用。NASA和USGS等組織擁有各種礦物及其光譜特征的目錄，并將它們發(fā)布在網(wǎng)上，以便研究人員可以隨時(shí)使用。在較小的規(guī)模上，高光譜成像可用于快速監(jiān)測(cè)殺蟲劑對(duì)單個(gè)種子的應(yīng)用，以對(duì)最佳劑量和均勻覆蓋進(jìn)行質(zhì)量控制等等。

農(nóng)業(yè)

無人機(jī)上嵌入高光譜相機(jī)

盡管獲取高光譜圖像的成本通常很高，但對(duì)于特定作物和特定氣候，高光譜遙感在監(jiān)測(cè)作物生長和健康方面的使用正在增加。在澳大利亞，正在開展使用成像光譜儀檢測(cè)葡萄品種和開發(fā)疾病爆發(fā)預(yù)警系統(tǒng)的工作。此外，正在開展使用高光譜數(shù)據(jù)檢測(cè)植物化學(xué)成分的工作，[23]可用于檢測(cè)灌溉系統(tǒng)中小麥的養(yǎng)分和水分狀況。[24]在較小的規(guī)模上，NIR 高光譜成像可用于快速監(jiān)測(cè)殺蟲劑對(duì)單個(gè)種子的應(yīng)用，以對(duì)最佳劑量和均勻覆蓋進(jìn)行質(zhì)量控制。

農(nóng)業(yè)中的另一個(gè)應(yīng)用是檢測(cè)配合飼料中的動(dòng)物蛋白以避免牛海綿狀腦病 (BSE)，也稱為瘋牛病。已經(jīng)進(jìn)行了不同的研究來提出替代工具來替代參考檢測(cè)方法(經(jīng)典顯微鏡)。首批替代品之一是近紅外顯微鏡，它結(jié)合了顯微鏡和 NIR 的優(yōu)點(diǎn)。2004 年，發(fā)表了第一項(xiàng)將此問題與高光譜成像相關(guān)的研究。構(gòu)建了代表復(fù)合飼料制備中通常存在的成分多樣性的高光譜庫。這些庫可以與化學(xué)計(jì)量學(xué)工具一起使用，以研究用于檢測(cè)和量化飼料中動(dòng)物成分的 NIR 高光譜成像方法的檢測(cè)限、特異性和重現(xiàn)性。高光譜相機(jī)還可用于檢測(cè)植物中重金屬的壓力，并成為收獲后濕化學(xué)方法的更早、更快速的替代方法。

廢物分類和回收

高光譜成像可以提供有關(guān)材料化學(xué)成分的信息，這有助于廢物分類和回收。[29]它已被用于區(qū)分具有不同織物的物質(zhì)，以及識(shí)別天然、動(dòng)物和合成纖維。[30] HSI 相機(jī)可以與機(jī)器視覺系統(tǒng)集成，并通過簡(jiǎn)化平臺(tái)，允許最終客戶創(chuàng)建新的垃圾分類應(yīng)用程序和其他分類/識(shí)別應(yīng)用程序。[31]機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)和高光譜相機(jī)可以區(qū)分 12 種不同類型的塑料，例如 PET 和 PP，用于自動(dòng)分離廢物，截至2020 年，高度不標(biāo)準(zhǔn)化[需要額外引用]塑料產(chǎn)品和包裝。

食品加工

在數(shù)字分揀機(jī)上采用高光譜成像技術(shù)可在滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)實(shí)現(xiàn) 100% 的無損在線檢測(cè)。分揀機(jī)的軟件將收集到的高光譜圖像與用戶定義的接受/拒絕閾值進(jìn)行比較，彈出系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)去除缺陷和異物。

基于高光譜傳感器的食品分選機(jī)最近的商業(yè)采用在堅(jiān)果行業(yè)最為先進(jìn)，安裝的系統(tǒng)最大限度地去除核桃、山核桃、杏仁、開心果中的核、殼和其他異物 (FM) 以及植物外來物質(zhì) (EVM) 、花生和其他堅(jiān)果。在這里，改進(jìn)的產(chǎn)品質(zhì)量、低錯(cuò)誤拒絕率和處理大量傳入缺陷負(fù)載的能力通常證明該技術(shù)的成本是合理的。

“糖末”薯?xiàng)l的高光譜圖像顯示看不見的缺陷

高光譜分選機(jī)的商業(yè)應(yīng)用也在馬鈴薯加工業(yè)中快速推進(jìn)，該技術(shù)有望解決許多突出的產(chǎn)品質(zhì)量問題。正在進(jìn)行的工作是使用高光譜成像來檢測(cè)困擾馬鈴薯加工商的 “糖端”，“空心” 和“普通結(jié)痂”條件。

礦物學(xué)

成像儀范圍內(nèi)掃描一組寶石。石英和長石光譜清晰可辨地質(zhì)樣本，如鉆芯，可以通過高光譜成像快速繪制出幾乎所有具有商業(yè)價(jià)值的礦物圖。光譜成像的融合是檢測(cè)長石、二氧化硅、方解石、石榴石和橄欖石族礦物的標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)檫@些礦物在圖像區(qū)域具有最獨(dú)特和最強(qiáng)的光譜特征。

礦物的高光譜遙感十分發(fā)達(dá)。許多礦物可以從空中圖像中識(shí)別出來，并且它們與貴重礦物(例如黃金和鉆石)的存在之間的關(guān)系已廣為人知。目前，正在了解管道和天然井的石油和天然氣泄漏之間的關(guān)系，以及它們對(duì)植被和光譜特征的影響。

監(jiān)視

高光譜熱紅外發(fā)射測(cè)量，冬季條件下的室外掃描，環(huán)境溫度 -15°C - 圖像中各種目標(biāo)的相對(duì)輻射光譜用箭頭顯示。

手表玻璃等不同物體的紅外光譜具有明顯不同的特征。對(duì)比度級(jí)別指示對(duì)象的溫度。

此圖像是使用高光譜成像儀生成的。

高光譜監(jiān)視是為監(jiān)視目的而實(shí)施的高光譜掃描技術(shù)。高光譜成像在軍事監(jiān)視中特別有用，因?yàn)檐娛聦?shí)體現(xiàn)在采取了避免空中監(jiān)視的對(duì)策。推動(dòng)高光譜監(jiān)視的想法是，高光譜掃描從光譜的很大一部分中提取信息，以至于任何給定物體都應(yīng)該至少在掃描的許多波段中的幾個(gè)波段中具有獨(dú)特的光譜特征。

天文學(xué)

在天文學(xué)中，高光譜成像用于確定空間分辨的光譜圖像。由于光譜是一項(xiàng)重要的診斷，因此每個(gè)像素都有一個(gè)光譜可以解決更多的科學(xué)案例。在天文學(xué)中，這種技術(shù)通常被稱為積分場(chǎng)光譜，這種技術(shù)的例子包括甚大望遠(yuǎn)鏡上，而且錢德拉 X 射線天文臺(tái)的高級(jí) CCD 成像光譜儀也使用這種技術(shù)技術(shù)。

環(huán)境

大多數(shù)國家/地區(qū)需要持續(xù)監(jiān)測(cè)燃煤和燃油發(fā)電廠、城市和危險(xiǎn)廢物焚化爐、水泥廠以及許多其他類型的工業(yè)來源產(chǎn)生的排放物。這種監(jiān)測(cè)通常使用提取采樣系統(tǒng)與紅外光譜技術(shù)相結(jié)合來進(jìn)行。最近進(jìn)行的一些遠(yuǎn)距離測(cè)量允許對(duì)空氣質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，但沒有多少遠(yuǎn)程獨(dú)立方法允許進(jìn)行低不確定性測(cè)量。

土木工程

最近的研究表明，高光譜成像可能有助于檢測(cè)路面裂縫的發(fā)展，這很難從可見光譜相機(jī)拍攝的圖像中檢測(cè)到。

生物醫(yī)學(xué)成像

高光譜成像也被用于檢測(cè)癌癥、識(shí)別神經(jīng)和分析瘀傷。

高光譜成像儀優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

高光譜成像的主要優(yōu)勢(shì)在于，由于在每個(gè)點(diǎn)都采集了整個(gè)光譜，因此操作員不需要樣本的先驗(yàn)知識(shí)，并且后處理允許從數(shù)據(jù)集中挖掘所有可用信息。高光譜成像還可以利用鄰域內(nèi)不同光譜之間的空間關(guān)系，允許更精細(xì)的光譜空間模型來更準(zhǔn)確地分割和分類圖像。

主要缺點(diǎn)是成本和復(fù)雜性。分析高光譜數(shù)據(jù)需要快速的計(jì)算機(jī)、靈敏的探測(cè)器和大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量。由于未壓縮的高光譜立方體是大型多維數(shù)據(jù)集，可能超過數(shù)百兆字節(jié)，因此需要大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量。所有這些因素都大大增加了獲取和處理高光譜數(shù)據(jù)的成本。此外，研究人員不得不面對(duì)的障礙之一是尋找對(duì)高光譜衛(wèi)星進(jìn)行編程以自行分類數(shù)據(jù)并僅傳輸最重要圖像的方法，因?yàn)閭鬏敽痛鎯?chǔ)那么多數(shù)據(jù)可能既困難又昂貴。作為一種相對(duì)較新的分析技術(shù)，高光譜成像的全部潛力尚未挖掘。