高光谱成像如何工作的?

光谱成像系统是一种能够在 UV、VIS、NIR 和 SWIR 光谱波段捕获图像数据的工具。光学器件通常会从 UV-VIS、VIS-NIR 或 SWIR 收集图像数据。

高光谱成像 (HSI) 使用更广泛的光谱来同时获取成像和光谱数据。与简单地将原色值分配给场景中每个像素的传统系统不同，高光谱成像为每个像素收集详细的光谱信息。

高光谱成像通过考虑光谱线的连续谱产生具有高分辨率的多光谱彩色图像。感兴趣的波长范围取决于所使用的高光谱相机的类型，尽管大多数可以捕获可见光、近红外 (NIR)、短波红外 (SWIR) 和中波红外 (MIR) 光谱的连续波长，具有接近单纳米 (nm) 的光谱分辨率。当光线照射到高光谱成像系统的平面阵列时，它会在极其宽广、连续的波长范围内分解成许多光谱带。

高光谱传感器波长范围的连续性至关重要，因为高光谱成像是由一组空间图像构成的，每个空间图像代表一个窄光谱带。图像分辨率取决于光谱通道的数量和每个通道之间的间隔或步长。以这种方式捕获场景的全部兴趣点会产生一个称为超立方体的特征数据集;具有两个空间维度和第三个光谱维度的三维图像集。

高光谱超立方体的图形表示

除了这些非常基本的工作原理之外，高光谱成像变得更加多样化，有几种不同的方法可用于对高光谱立方体进行采样。空间扫描仪随时间读取光谱数据，速度缓慢但非常详细，而快照成像仪使用焦平面阵列或凝视阵列来生成瞬时快照。这些技术中的每一种以及介于两者之间的所有技术都提供了感兴趣的电磁区域内成像对象的独特光谱指纹。

高光谱成像的应用

高光谱成像的一个假设缺点是它的采集速度慢，而且设备可能非常昂贵。然而，在提高高光谱系统的成本和适用性方面已经取得了重大进展。当今高光谱相机的常见应用包括：

农业：其中带有红外数据的光谱图像可用于监测杀虫剂的覆盖范围、剂量或功效，以及支持作物健康维护；

艺术：其中反射率信息可以协助保护活动和无价文物的非破坏性研究；

工业：光谱数据可以提供与缺陷或异物相关的信息，作为高级质量保证和控制流程的一部分；

医疗：空间分辨光谱图像可以协助疾病诊断并实现图像引导手术；

军事：主要用于侦察和监视，尽管高光谱成像越来越多地用于消除生物和化学威胁；

科学：在不断增长的横截面领域具有几乎无限的用途。