高光譜成像技術(shù)結(jié)合了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)視覺與光譜分析技術(shù)的特點(diǎn)，將傳統(tǒng)二維成像技術(shù)和光譜技術(shù)有機(jī)結(jié)合，可以同時(shí)獲取樣品的詳細(xì)光譜信息和圖像信息。被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)分選、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、色差檢測(cè)、食品檢測(cè)、醫(yī)學(xué)制藥、文物保護(hù)、刑偵檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。本文對(duì)高光譜成像技術(shù)的原理做了介紹。

高光譜成像技術(shù)介紹：

高光譜成像技術(shù)最突出的應(yīng)用是遙感探測(cè)領(lǐng)域，并在越來(lái)越多的民用領(lǐng)域有著更大的應(yīng)用前景。它集中了光學(xué)、光電子學(xué)、電子學(xué)、信息處理、計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，是傳統(tǒng)的二維成像技術(shù)和光譜技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起的一門新興技術(shù)。

高光譜成像技術(shù)的定義是在多光譜成像的基礎(chǔ)上，在紫外到近紅外（200-2500nm）的光譜范圍內(nèi)，利用成像光譜儀在光譜覆蓋范圍內(nèi)的數(shù)十或數(shù)百條光譜波段對(duì)目標(biāo)物體連續(xù)成像。按照光譜順序在不同的光譜波長(zhǎng)點(diǎn)都有一張二維空間圖像，即整個(gè)高光譜圖像其實(shí)是一個(gè)數(shù)據(jù)“立方體”。在獲得物體空間特征成像的同時(shí)，也獲得了被測(cè)物體的光譜信息。某些物體在光譜中留下獨(dú)特的“指紋”。這些“指紋”被稱為光譜特征，可用于識(shí)別被掃描物體的物質(zhì)組成。

高光譜成像技術(shù)的原理：

高光譜成像是一系列波長(zhǎng)范圍內(nèi)的圖像，根據(jù)不同的光源，光譜范圍可分為200～400nm（紫外）、400～760 nm（可見光）、760～2560 nm（近紅外）以及波長(zhǎng)大于2560nm的區(qū)域。高光譜成像系統(tǒng)的主要組成部分有：CCD相機(jī)、單色儀、成像鏡頭、光源、載物臺(tái)和計(jì)算機(jī)，如下圖所示。

在掃描過程中，攝像頭接受從物體表面反射或透射來(lái)的光，通過CCD探測(cè)器把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，圖像采集卡把CCD得到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過計(jì)算機(jī)顯示出來(lái)，單色儀用來(lái)獲得特定波長(zhǎng)的光，單色儀分為濾波片（濾波器）和圖像光譜儀兩種，根據(jù)單色儀的不同可把高光譜系統(tǒng)分為兩種不同的高光譜系統(tǒng)，第1種是基于濾波片（濾波器）的高光譜成像系統(tǒng)，其通過連續(xù)采集一系列波段條件下樣品的二維圖像，即在每個(gè)特定波長(zhǎng)λi（i=1，2，3，…，n；n為正整數(shù)）得到一幅二維圖像（橫坐標(biāo)為x，縱坐標(biāo)為y），從而得到三維高光譜圖像塊，如下圖所示。

第2種是基于成像光譜儀的高光譜成像系統(tǒng)，其采用“掃帚式”成像方法得到高光譜圖像；線列或面陣探測(cè)器在光學(xué)焦面的垂直方向做橫向排列完成橫向掃描（x軸向），獲取對(duì)象條狀空間中每個(gè)像素在各個(gè)波長(zhǎng)λi（i= 1，2，3，…，n；n為正整數(shù)）下的圖像信息；同時(shí)在檢測(cè)系統(tǒng)輸送帶前進(jìn)過程中，排列的探測(cè)器如同刷子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(shù)據(jù)，如下圖所示。