什么是高光谱成像技术？高光谱成像技术有哪些类型？

什么是高光谱成像技术？高光谱成像技术是光谱成像技术的一种，它将传统二维成像技术和光谱技术有机结合在一起，既可以获取目标物的二维空间信息，又可以获得一维光谱信息。该技术具有空间可识别性、超多波段、高的光谱分辨率、光谱范围广和图谱合一等众多优点。本文对光谱成像技术的几个类型做了简要的归纳。

什么是高光谱成像技术？

高光谱成像技术是近三十几年来发展起来的，将传统的二维成像技术和一维光谱技术有机结合在一起从而获得数据立方体的一门新兴技术。该技术既可以获得目标物体的二维空间信息，又可以获得其一维光谱信息；其光谱覆盖范围较窄，波段数在10~1000之间，光谱分辨率在10-2λ数量级内（10 nm左右）；并且其多个光谱通道是连续的。因此该技术具有空间可识别性、超多波段（上百个波段）、高的光谱分辨率、光谱范围广（电磁波的紫外、可见光、近红外、中红外以至热红外区域）和图谱合一等特点。其优势在于采集到的图像信息量丰富，识别度较高和数据描述模型多。由于该技术具有众多的优势，因此，在发展之初便引起了广泛的关注，其主要应用领域包括大气监测、食品和药品安全检测、精，准农业、林业、海洋等各水体检测以及军事、国防及国土安全等。

高光谱成像技术的类型：

1.根据成像方式的不同分

根据成像方式的不同，可将高光谱成像技术分为扫描型和快照式两大类，扫描型高光谱成像技术又分为摆扫式，推扫式和凝采式三种。

1）摆扫式高光谱成像技术

也叫做掸扫式、挥扫式高光谱成像技术，其扫描方式是点扫描。该类型仪器的核心部件是线阵列光电探测器，其作用是接收目标不同波长下的辐射能，其一般在扫描仪的前方安装光学镜头，利用机械传动装置带动镜头左右摆动以及飞行平台向前移动完成对地面目标的逐点扫描，达到获取多个窄波段连续光谱图像的目的。

2）推扫式高光谱成像技术

也叫做推帚式高光谱成像技术，其扫描方式是线扫描。该类型仪器通过推扫的方式每次获取一行目标信息，因此其前方不需要移动探测部件，其采用二维面阵列探测器，其中，一维用于接收保存光谱信息，与之相垂直的另一维为线性阵列，其作用是分散并聚焦目标物体在不同波长下的辐射能。

3）凝采式高光谱成像技术

也叫做凝视式高光谱成像技术，其扫描方式是颜色扫描。该类型仪器通过颜色扫描方式每次获取一个波长下的目标信息。其采用单色器或电调谐滤波器完成不同光谱通道之间的切换，以达到探测器采集相应波长的目标物体全部信息的目的。

4）快照式高光谱成像技术

其成像方式无需扫描，能够一次性获取目标物体包括一维光谱信息在内的全部信息。该类仪器系统内部不存在移动部件或其他动态调节组件，抗干扰能力强，且成像速度快，因此适用于移动速度较快的目标物体，并且可以达到实时监测的目的。

2.根据分光原理的不同分

根据分光原理的不同，可将高光谱成像技术分为色散型、干涉型、计算层析型等几种类型。

1）色散型高光谱成像技

色散型高光谱成像技术主要包括色散棱镜型、衍射光栅型以及声光、液晶可调谐滤光片型（AOTF）等高光谱成像技术。色散型高光谱成像技术利用光栅、棱镜等色散元件将经准直透镜准直后的光线色散成连续分布的单色光，光线经聚焦会聚于探测元件上，最终得到每一个像元的强度。该技术出现较早，又其原理结构简单，性能稳定，因此发展比较成熟。但是该系统内部狭缝的存在导致光谱分辨率、能量利用率以及信噪比很难提高成为制约该技术继续发展的瓶颈问题。

2）干涉型高光谱成像技

干涉型高光谱成像技术也称傅立叶变换型高光谱成像技术，主要包括傅里叶变换型（迈克尔逊干涉型、三角共路干涉型、双折射偏振干涉型）、液晶可调谐滤光片型（LCTF）等高光谱成像技术。干涉型高光谱成像技术将获取的干涉强度信息通过傅里叶变换转换成目标的光谱信息，是间接光谱成像技术。干涉型的高光谱成像仪较上述色散型高光谱成像仪具有多通道、高通量、高光谱分辨率、高信噪比等优点。

3）计算层析型高光谱成像技术

计算层析型高光谱成像技术是随着计算机技术、探测器水平以及医学上断层扫描技术的发展而出现的一种新兴技术，目前还处于理论及方法研究阶段。该技术将计算机断层扫描技术应用于高光谱成像技术中，将目标图像的数据立方体视作三维，物体，沿着一个或者多个方向投影到探测器上，再根据数据立方体与获得的投影图像之间的关系，选择合适的重建算法重构出目标的三维数据立方体。其显著的优点是其具有全视场性，不仅能够保证较高的光通量及光能利用率，而且能够快速精确的获取目标物体的二维空间信息和一维光谱信息。