高光谱成像技术的原理你了解吗？

高光谱成像技术结合了传统计算机视觉与光谱分析技术的特点，将传统二维成像技术和光谱技术有机结合，可以同时获取样品的详细光谱信息和图像信息。被广泛的应用于工业分选、精准农业、色差检测、食品检测、医学制药、文物保护、刑侦检测、环境监测等领域。本文对高光谱成像技术的原理做了介绍。

高光谱成像技术介绍：

高光谱成像技术最突出的应用是遥感探测领域，并在越来越多的民用领域有着更大的应用前景。它集中了光学、光电子学、电子学、信息处理、计算机科学等领域的先进技术，是传统的二维成像技术和光谱技术有机的结合在一起的一门新兴技术。

高光谱成像技术的定义是在多光谱成像的基础上，在紫外到近红外（200-2500nm）的光谱范围内，利用成像光谱仪在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谱波段对目标物体连续成像。按照光谱顺序在不同的光谱波长点都有一张二维空间图像，即整个高光谱图像其实是一个数据“立方体”。在获得物体空间特征成像的同时，也获得了被测物体的光谱信息。某些物体在光谱中留下独特的“指纹”。这些“指纹”被称为光谱特征，可用于识别被扫描物体的物质组成。

高光谱成像技术的原理：

高光谱成像是一系列波长范围内的图像，根据不同的光源，光谱范围可分为200～400nm（紫外）、400～760 nm（可见光）、760～2560 nm（近红外）以及波长大于2560nm的区域。高光谱成像系统的主要组成部分有：CCD相机、单色仪、成像镜头、光源、载物台和计算机，如下图所示。

在扫描过程中，摄像头接受从物体表面反射或透射来的光，通过CCD探测器把光信号转换成电信号，图像采集卡把CCD得到的模拟信号转换成数字信号，通过计算机显示出来，单色仪用来获得特定波长的光，单色仪分为滤波片（滤波器）和图像光谱仪两种，根据单色仪的不同可把高光谱系统分为两种不同的高光谱系统，第1种是基于滤波片（滤波器）的高光谱成像系统，其通过连续采集一系列波段条件下样品的二维图像，即在每个特定波长λi（i=1，2，3，…，n；n为正整数）得到一幅二维图像（横坐标为x，纵坐标为y），从而得到三维高光谱图像块，如下图所示。

第2种是基于成像光谱仪的高光谱成像系统，其采用“扫帚式”成像方法得到高光谱图像；线列或面阵探测器在光学焦面的垂直方向做横向排列完成横向扫描（x轴向），获取对象条状空间中每个像素在各个波长λi（i= 1，2，3，…，n；n为正整数）下的图像信息；同时在检测系统输送带前进过程中，排列的探测器如同刷子扫地一样扫出一条带状轨迹从而完成纵向扫描（y轴向），综合横纵扫描信息就可得到样品的三维高光谱图像数据，如下图所示。