高光譜成像技術(shù)作為一種新型的無損檢測(cè)技術(shù)，在對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，不僅可以獲得樣品的光譜信息，還可以獲得樣品的圖像信息，因此，具有圖譜合一的特點(diǎn)。本文對(duì)高光譜成像技術(shù)的原理及特點(diǎn)做了介紹。

高光譜成像技術(shù)的原理：

高光譜成像儀在采集待檢測(cè)樣本的圖像數(shù)據(jù)時(shí)，每次只能采集待檢測(cè)樣本的一條線上的圖像，并且每個(gè)光譜成分能夠和線上的每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)起來。這樣形成的高光譜數(shù)據(jù)，就包含了三個(gè)維度，空間軸上的二維圖像信息和縱軸上的光譜信息。其成像原理圖如圖所示。

高光譜成像技術(shù)中成像光譜儀應(yīng)用的是一個(gè)準(zhǔn)直光學(xué)構(gòu)造以及一個(gè)全息透射光柵。這種結(jié)構(gòu)不僅有很高的衍射效率，而且能形成比較好的線性光譜。全息透射光柵是通過人造在兩塊玻璃粘板中間的DCG的上。DCG有很多有點(diǎn)，包括衍射效率比較高、色散比較低、多級(jí)衍射比較低以及不會(huì)產(chǎn)生鬼線，所以生產(chǎn)光學(xué)元件時(shí)很多時(shí)候都用這種材料。因?yàn)樵撊⒐鈻琶芊庑?，它可以承載很大的濕度、其溫度范圍可以從-20至120C并且能夠承受物理撞擊以及振動(dòng)。經(jīng)典物理學(xué)中，不同長(zhǎng)度的光波在穿過狹縫等障礙物時(shí)，會(huì)出現(xiàn)不同程度的彎散，將其通過光柵并進(jìn)行衍射，可以形成多條譜帶。即一維信息在通過鏡頭和狹縫后，光會(huì)因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)不同而發(fā)生不同程度的彎散，讓一維圖像上的每個(gè)點(diǎn)，再讓每個(gè)點(diǎn)都通過光柵進(jìn)行衍射分光，形成譜帶，照射到光譜探測(cè)器上，每個(gè)像素的位置信息和強(qiáng)度信息分別表征光譜和強(qiáng)度。一個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)形成的一個(gè)譜段，一條線的信息可以對(duì)應(yīng)一個(gè)譜面，所以在光譜探測(cè)器上的成像可以反映出空間一維圖像的光譜信息，將光譜信息進(jìn)行機(jī)械推掃可以獲得空間的二維圖像，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)平面中的圖像信息和光譜信息數(shù)據(jù)采集。

入光縫隙的寬度和光譜儀的線性色散能夠決定成像光譜儀的分辨率光，而光學(xué)系統(tǒng)的成像性能夠決定最小光譜分辨率。

高光譜成像過程為：隨著光譜相機(jī)掃描樣本形成一條線上的圖像（X軸），在此過程中，電控平臺(tái)是移動(dòng)的，這樣探測(cè)器就能掃描出很多線狀的圖像（Y軸），由此就形成了一個(gè)二維的圖像信息。高光譜數(shù)據(jù)包含的是一個(gè)三維的數(shù)據(jù)立方體，在X軸和Y軸方向上形成一個(gè)二維圖像，在Z軸方向上是其光譜信息。

高光譜成像技術(shù)的特點(diǎn)：

將光譜技術(shù)和多個(gè)成像技術(shù)結(jié)合所產(chǎn)生的技術(shù)成為高光譜成像技術(shù)。高光譜成像技術(shù)不僅能夠得到樣品的光譜信息，還能夠?qū)Υ郎y(cè)樣本的空間信息進(jìn)一步獲取。樣本在全部波段下的信息可以通過每一個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行獲取，同樣全部像素點(diǎn)的信息存在于高光譜的每一個(gè)波段之下。

成像光譜儀利用棱鏡-光柵-棱鏡（PGP）將可見-近紅外光分為上千個(gè)連續(xù)窄波段，其具體的分辨率在通常情況下＜10nm。連續(xù)窄波的圖像信息可以通過CCD相機(jī)進(jìn)行獲取或捕捉，可以有效地判別樣品的內(nèi)外品質(zhì)，可以更加準(zhǔn)確的檢測(cè)樣品。雖然可以捕獲樣品的大量信息，但是也存在很多難題，比如：數(shù)據(jù)量比較大、冗余信息比較多、數(shù)據(jù)處理難度大等不可避免的問題。

高光譜成像技術(shù)與計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)、近紅外光譜技術(shù)相比，其主要特點(diǎn)是對(duì)于樣本“面”信息的獲得，而機(jī)器視覺技術(shù)獲得的只是樣本的一個(gè)圖像信息，近紅外獲得的是樣本的“點(diǎn)”信息，高光譜成像技術(shù)既能夠獲取樣本的光譜信息，并且能夠得到圖像的信息。

高光譜成像數(shù)據(jù)的特點(diǎn)：

高光譜遙感具有不同于傳統(tǒng)遙感的新特點(diǎn)，總結(jié)起來主要表現(xiàn)在：

（1）波段多?？梢詾槊總€(gè)像元提供幾十、數(shù)百甚至上千個(gè)波段；

（2）光譜范圍窄。波段范圍一般小于10nm；

（3）波段連續(xù)。有些傳感器可以在350～2500nm的太陽光譜范圍內(nèi)提供幾乎連續(xù)的地物光譜；

（4）數(shù)據(jù)量大。隨著波段數(shù)的增加，數(shù)據(jù)量成指數(shù)增加；

（5）信息冗余增加。由于相鄰波段高度相關(guān)，冗余信息業(yè)相對(duì)增加。