高光譜成像技術(shù)是一種將傳統(tǒng)的二維成像技術(shù)和光譜技術(shù)結(jié)合在一起的技術(shù)。它可以同時(shí)提供目標(biāo)物體的二維空間信息和一維光譜信息。這種技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如可以識(shí)別目標(biāo)物體的空間位置，具備超多波段的光譜分辨率以及廣泛的光譜范圍，還可以將圖像與光譜信息合并在一起。本文對(duì)幾種光譜成像技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要總結(jié)。

高光譜成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域

高光譜成像儀是一種用于獲取物體或場(chǎng)景高光譜信息的儀器。它可以通過(guò)獲取物體反射、輻射或散射的光譜數(shù)據(jù)來(lái)提取物體的光譜特征。這種儀器由傳感器、光學(xué)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理部分組成，能夠捕捉到可見(jiàn)光和近紅外光的光譜特征。高光譜成像儀主要應(yīng)用于地球觀測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)、軍事等領(lǐng)域，能夠提供詳細(xì)的物體分類(lèi)、識(shí)別和定量分析，具有廣闊的應(yīng)用前景。

高光譜成像技術(shù)是一種通過(guò)收集物體在可見(jiàn)光和紅外光譜范圍內(nèi)的反射和輻射數(shù)據(jù)來(lái)獲取更詳細(xì)和全面的圖像的方法。該技術(shù)利用分光儀收集到的連續(xù)光譜數(shù)據(jù)，可以解析出物體表面的細(xì)微變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物體不同特征的識(shí)別和區(qū)分。高光譜成像技術(shù)在農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。

高光譜成像技術(shù)是近30年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)，將傳統(tǒng)的二維成像技術(shù)和一維光譜技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，可以獲得數(shù)據(jù)立方體的信息。該技術(shù)不僅可以獲取目標(biāo)物體的二維空間信息，還可以獲取其一維光譜信息。它的光譜覆蓋范圍較窄，波段數(shù)在10~1000之間，光譜分辨率在10-2λ數(shù)量級(jí)內(nèi)（大約10nm左右），并且它的多個(gè)光譜通道是連續(xù)的。因此，該技術(shù)具有一系列特點(diǎn)，如空間可識(shí)別性、超多波段（上百個(gè)波段）、高的光譜分辨率、光譜范圍廣（包括紫外、可見(jiàn)光、近紅外、中紅外以及熱紅外區(qū)域）以及圖譜合一等。它的優(yōu)勢(shì)在于采集到的圖像信息量豐富，識(shí)別度較高，并且具有多種數(shù)據(jù)描述模型。由于這些優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)在發(fā)展初期就引起了廣泛的關(guān)注，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括大氣監(jiān)測(cè)、食品和藥品安全檢測(cè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、林業(yè)、海洋等水體檢測(cè)，還可以用于軍事、國(guó)防和國(guó)土安全等領(lǐng)域。

高光譜成像技術(shù)的類(lèi)型

1.根據(jù)成像方式的差異分為

根據(jù)成像方式的差異，高光譜成像技術(shù)可以被分為掃描型和快照式兩種。掃描型高光譜成像技術(shù)又可以被進(jìn)一步細(xì)分為擺掃式、推掃式和凝采式三種。

1）高光譜成像技術(shù)的擺動(dòng)掃描方式

這種技術(shù)也被稱為點(diǎn)掃描式、揮掃式高光譜成像技術(shù)。它的掃描方法是逐點(diǎn)掃描。該設(shè)備的核心部件是線陣列光電探測(cè)器，其作用是接收目標(biāo)在不同波長(zhǎng)下的輻射能。通常，光學(xué)鏡頭安裝在掃描儀前方，利用機(jī)械傳動(dòng)裝置控制鏡頭的左右擺動(dòng)，同時(shí)使飛行平臺(tái)向前移動(dòng)，以完成對(duì)地面目標(biāo)的逐點(diǎn)掃描，從而獲得多個(gè)窄波段連續(xù)光譜圖像。

2）高光譜成像技術(shù)的推掃式

另一種名稱是推掃式高光譜成像技術(shù)，它使用線性掃描方式。這種類(lèi)型的儀器通過(guò)推動(dòng)掃描來(lái)每次獲取一行目標(biāo)信息，因此不需要移動(dòng)前方的探測(cè)部件。它采用二維面陣列探測(cè)器，其中一維用于接收和保存光譜信息，與之垂直的另一維是線性陣列，其作用是將目標(biāo)物體在不同波長(zhǎng)下的輻射能分散并聚焦。

3）高光譜成像技術(shù)應(yīng)用于凝采式成像技術(shù)上。

這種技術(shù)也被稱為凝視式高光譜成像技術(shù)，它采用顏色掃描的方式進(jìn)行掃描。這種儀器通過(guò)顏色掃描的方式，每次獲取一個(gè)波長(zhǎng)下的目標(biāo)信息。它利用單色器或電調(diào)諧濾波器在不同的光譜通道之間進(jìn)行切換，從而實(shí)現(xiàn)探測(cè)器采集相應(yīng)波長(zhǎng)的目標(biāo)物體的全部信息。

4）高光譜成像技術(shù)的快照式應(yīng)用

這種成像方式無(wú)需掃描，可以一次性獲取目標(biāo)物體的全部信息，包括一維光譜信息。儀器系統(tǒng)內(nèi)部沒(méi)有移動(dòng)部件或其他動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)組件，具有強(qiáng)大的抗干擾能力和快速成像速度。因此，它適用于移動(dòng)速度較快的目標(biāo)物體，并可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的。

2.根據(jù)不同的分光原理

高光譜成像技術(shù)可以根據(jù)不同的分光原理分為幾種類(lèi)型，包括色散型、干涉型和計(jì)算層析型。

術(shù)是一種能夠獲取物體多波段光譜信息的圖像技術(shù)。

高光譜成像技術(shù)主要分為色散棱鏡型、衍射光柵型以及聲光和液晶可調(diào)諧濾光片型（AOTF）等類(lèi)型。色散型高光譜成像技術(shù)通過(guò)利用光柵、棱鏡等色散元件將經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直的光線分散成連續(xù)分布的單色光，然后通過(guò)聚焦使光線匯聚到探測(cè)元件上，最終獲得每個(gè)像素的強(qiáng)度。這種技術(shù)早期出現(xiàn)，原理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，因此發(fā)展較為成熟。然而，由于系統(tǒng)內(nèi)部的狹縫存在，光譜分辨率、能量利用率和信噪比很難提高，成為該技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。

2）干預(yù)式高光譜成像技術(shù)

干涉型高光譜成像技術(shù)，又被稱為傅立葉變換型高光譜成像技術(shù)。它主要包括傅里葉變換型（邁克爾遜干涉型、三角共路干涉型、雙折射偏振干涉型）和液晶可調(diào)諧濾光片型（LCTF）等高光譜成像技術(shù)。干涉型高光譜成像技術(shù)將獲取的干涉強(qiáng)度信息通過(guò)傅里葉變換轉(zhuǎn)換成目標(biāo)的光譜信息，屬于間接光譜成像技術(shù)。相比起色散型高光譜成像儀，干涉型的高光譜成像儀具有多通道、高通量、高光譜分辨率和高信噪比等優(yōu)點(diǎn)。

3）層析型高光譜成像技術(shù)的計(jì)算

計(jì)算層析型高光譜成像技術(shù)是一種新興技術(shù)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、探測(cè)器水平以及醫(yī)學(xué)上斷層掃描技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)。當(dāng)前該技術(shù)仍處于理論及方法研究階段。該技術(shù)將計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)應(yīng)用到高光譜成像技術(shù)中，將目標(biāo)圖像的數(shù)據(jù)立方體視為三維物體，通過(guò)投影到一個(gè)或多個(gè)方向上的探測(cè)器上，再根據(jù)數(shù)據(jù)立方體與投影圖像之間的關(guān)系，選擇適合的重建算法以重構(gòu)出目標(biāo)的三維數(shù)據(jù)立方體。該技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)是具有全視場(chǎng)性，不僅能夠保證較高的光通量和光能利用率，還能夠快速精確獲取目標(biāo)物體的二維空間信息和一維光譜信息。