光譜學(xué)是研究物質(zhì)與電磁輻射的相互作用隨輻射頻率變化的學(xué)科。不同的材料會(huì)因其化學(xué)和物理特性而吸收或反射這種輻射，從而產(chǎn)生獨(dú)特的光譜特征。由于每種材料都有不同的光譜特征，該數(shù)據(jù)不僅有可能將特定材料與其他材料分開(kāi)(定性光譜)，而且還可以對(duì)分析對(duì)象進(jìn)行定量說(shuō)明。光譜儀最初是一維點(diǎn)傳感器，但最近的光譜儀已經(jīng)從點(diǎn)到像素，使光譜成像成為可能，并使我們能夠檢查化學(xué)成分、材料或數(shù)量差異的空間分布。

高光譜成像，也稱為成像光譜學(xué)，在大量光譜帶中同時(shí)獲取圖像，因此對(duì)于所得圖像的每個(gè)像素，都可以導(dǎo)出連續(xù)的反射光譜。這些測(cè)量的輸出被收集在光譜數(shù)據(jù)立方體中，并且是數(shù)據(jù)處理、建?；驒C(jī)器學(xué)習(xí)算法的輸入。傳統(tǒng)上，高光譜成像只是關(guān)于可用于數(shù)據(jù)分析的光譜帶的數(shù)量。然而，如今對(duì)高光譜成像儀的要求更多，包括便攜性、靈活性、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪問(wèn)和分析以及視頻光譜。這些特征表征了成像光譜學(xué)的當(dāng)前驅(qū)動(dòng)因素。

多光譜成像(左)與高光譜成像(右)的比較。多光譜成像捕獲有限數(shù)量的離散波長(zhǎng)，而高光譜成像捕獲連續(xù)光譜

自20世紀(jì)80年代初以來(lái)，高光譜成像促成了一系列用于確定各種特征的窄帶指數(shù)和光譜特征擬合方法的發(fā)展。這些指數(shù)允許檢索特定信息，例如活力狀態(tài)、葉綠素含量、水分含量、干物質(zhì)或葉面積指數(shù)，僅舉幾個(gè)對(duì)農(nóng)業(yè)或林業(yè)有價(jià)值的參數(shù)。這些指數(shù)中的大多數(shù)都是基于對(duì)特定問(wèn)題的研究，因此它們使用了不同波長(zhǎng)的整個(gè)范圍。然而，高光譜相機(jī)可以同時(shí)執(zhí)行多項(xiàng)此類分析，而不是像NDVI那樣專注于一個(gè)指標(biāo)，就像多光譜相機(jī)所做的那樣。這種能力可幫助客戶使用同一臺(tái)相機(jī)執(zhí)行一系列應(yīng)用。 如今，機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以使用高光譜或多光譜數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練。這些算法旨在找出各種材料光譜特征的具體差異。由于高光譜數(shù)據(jù)集提供了更多的光譜細(xì)節(jié)，機(jī)器學(xué)習(xí)算法從這些高光譜數(shù)據(jù)集中受益匪淺。這導(dǎo)致分類器的特異性更高。