高光譜成像技術是一種綜合型光譜成像技術，將光譜學與機器視覺相結合，可以同時獲得檢測目標的一維光譜信息與二維空間信息，具有“圖譜合一”的優勢，可以實現對樣本的快速、無損檢測，為有關行業提供了有效的分析手段。本文對高光譜成像技術的原理及特點做了介紹，感興趣的朋友可以了解一下！
什么是高光譜成像技術？
高光譜成像技術是新一代光電檢測技術，興起于20世紀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。如果根據傳感器的光譜分辨率對光譜成像技術進行分類，一般可分成3類：
1.多光譜成像（Multi spectral）——光譜分辨率在0.1μm數量級，這樣的傳感器在可見光和近紅外區域一般只有幾個波段。
2.高光譜成像（Hyper spectral）——光譜分辨率在0.01μm數量級，這樣的傳感器在可見光和近紅外區域有幾十到數百個波段，光譜分辨率可達nm級。
3.超光譜成像（Ultra spectral）——光譜分辨率在0.001μm數量級，這樣的傳感器在可見光和近紅外區域可達數千個波段。
高光譜成像技術的基本原理：
高光譜圖像是一系列光波波長處的光學圖像（光源有特定的波長），它比多光譜圖像有更高的波長分辨率，通常分辨率可達到1～3nm。高光譜圖像數據是三維的，有時稱為圖像塊。其中二維是圖像像素的橫縱坐標信息（以坐標x和y表示），第三維是波長信息（以λ表示）。例如，一個為512x512像素的圖像檢測器陣列在100個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算機和單色儀。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得到的模擬信號轉換成數字信號，并通過計算機顯示出來。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，根據單色儀的不同，可以分為如下兩種高光譜圖像采集系統。
第一種是基于濾波器或濾波片的高光譜圖像系統，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、液晶可調式濾鏡、聲光可調式濾鏡等。高光譜圖像獲取方法是：通過連續采集一系列波段條件下的樣品二維圖像，即在每個波長λi（i＝1，2，3，…n；其中n為正整數）得到一幅二維圖像（橫坐標為x，縱坐標為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，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，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入CCD攝像頭。該系統采用“掃帚式”成像方法得到高光譜圖像。線列探測器在光學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像素在各個波長條件的圖像信息；同時在檢測系統輸送帶前進過程中，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據，如下圖右所示。
高光譜成像技術的特點：
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內有數十甚至數百個波段。與傳統的遙感相比，高光譜分辨率的成像光譜儀為每一個成像象元提供很窄的（一般<10nm）成像波段，波段數與多光譜遙感相比大大增多，在可見光和近紅外波段可達幾十到幾百個，且在某個光譜區間是連續分布的，這不只是簡單的數量增加，而是有關地物光譜空間信息量的增加。
2.光譜響應范圍廣，光譜分辨率高
成像光譜儀響應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，光譜分辨率達到納米級，一般為10nm左右。精細的光譜分辨率反映了地物光譜的細微特征。
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系，可以使高光譜圖像中的每一個像元在各通道的反射值都能產生1條完整、連續的光譜曲線，即所謂的“譜像合一”。
4.數據量大，信息冗余多
高光譜數據的波段眾多，其數據量巨大，而且由于相鄰波段的相關性高，信息冗余度增加。
5.數據描述模型多，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。
