高光譜成像技術(shù)作為一種先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)，在對(duì)樣本進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，不僅可以獲得圖像信息，還可以獲得光譜信息，通過(guò)圖像信息和光譜信息的結(jié)合，對(duì)樣本進(jìn)行定性與定量的分析。本文對(duì)高光譜成像技術(shù)的成像原理及特點(diǎn)做了介紹。

高光譜成像技術(shù)的簡(jiǎn)介：

光譜成像技術(shù)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的是技術(shù)，起初主要用于空間遙感領(lǐng)域。隨著光譜成像技術(shù)快速發(fā)展，該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于軍事偵察、航空航天、地理資源勘測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。20世紀(jì)90年代末，光譜成像技術(shù)被應(yīng)用農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，并得到快速發(fā)展。光譜成像技術(shù)綜合了光學(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)，把傳統(tǒng)的二維成像技術(shù)和光譜技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起的新技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，成像光譜分辨力的精確度越來(lái)越高，根據(jù)分辨力的不同可將光譜成像技術(shù)分成三類(lèi)：

1.多光譜成像技術(shù)：光譜分辨力在10-1λ數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)，傳感器在可見(jiàn)-近紅外光譜區(qū)域只有幾個(gè)波段。

2.高光譜成像技術(shù)：光譜分辨力在10-2λ數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)，傳感器在可見(jiàn)-近紅外光譜區(qū)域就有幾十到數(shù)百個(gè)波段。

3.超光譜成像技術(shù)：光譜分辨力在10-3λ數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)，傳感器在可見(jiàn)-近紅外光譜區(qū)域就就包含數(shù)千個(gè)波段。

高光譜成像技術(shù)的成像原理：

高光譜圖是一系列波長(zhǎng)范圍內(nèi)的圖像，根據(jù)光源的不同，光譜范圍可分為200——400nm（紫外）、400——760nm（可見(jiàn)光）、760——2560nm（近紅外）以及波長(zhǎng)大于2560nm的區(qū)域。高光譜成像比多光譜具有較高的光譜分辨力，精確度通?？蛇_(dá)到2-3nm。高光譜圖像數(shù)據(jù)是三維的，有時(shí)稱(chēng)為圖像塊，如圖所示。其中x、y是二維圖像像素坐標(biāo)信息，λ是第三維波長(zhǎng)信息。

高光譜成像系統(tǒng)在掃描過(guò)程中，攝像頭接受從物體表面反射或透射來(lái)的光，通過(guò)CCD探測(cè)器把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。圖像采集卡把CCD得到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)計(jì)算機(jī)顯示出來(lái)。單色儀用來(lái)獲得特定波長(zhǎng)的光，單色儀分為濾波片（濾波器）利圖像光譜儀兩種，因此根據(jù)單色儀的不同可把高光譜系統(tǒng)分為兩種不同的高光譜系統(tǒng)。第一種是基于濾波片（濾波器）高光譜成像系統(tǒng)，這種方法通過(guò)連續(xù)采集一系列波段條件下樣品的二維圖像，即在每個(gè)特定波長(zhǎng)λi（i=1、2、3……n；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），從而得到三維高光譜圖像塊。第二種是基于成像光譜儀的高光譜成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用“掃帚式”成像方法得到高光譜圖像；線列或面陣探測(cè)器在光學(xué)焦面的垂直方向作橫向排列完橫向掃描（x軸向），獲取對(duì)象條狀空間中每個(gè)像素在各個(gè)波長(zhǎng)λi（i=1、2、3……n；n為正整數(shù)）下的圖像信息；同時(shí)在檢測(cè)系統(tǒng)輸送帶前進(jìn)過(guò)程中，排列的探測(cè)器如同刷子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)。

高光譜成像技術(shù)的特點(diǎn)：

高光譜成像技術(shù)融合光學(xué)、電子學(xué)、信息處理以及計(jì)算機(jī)科學(xué)，把傳統(tǒng)二維成像技術(shù)和光譜技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起而形成的先進(jìn)技術(shù)，具有很多優(yōu)異的特點(diǎn)。

1.連續(xù)的多波段

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，高光譜成像儀為每個(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加，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)量的增加，而是有關(guān)物體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。成像光譜儀采樣間隔小，光譜分辨達(dá)到納米級(jí)。

3.光譜信息與圖像信息有機(jī)結(jié)合，即“光譜圖像合一”

在高光譜影像數(shù)據(jù)中，每一象元對(duì)應(yīng)一條光譜曲線，整個(gè)數(shù)據(jù)是光譜影像的立方體，具有空間圖象維和光譜維。

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，而且波段之間相關(guān)性大，從而增加了信息的冗余度。

5.數(shù)據(jù)描述模型多，分析靈活

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。