高光譜成像或成像光譜學(xué)結(jié)合了數(shù)字成像和光譜學(xué)的力量。對(duì)于圖像中的每個(gè)像素，高光譜相機(jī)獲取大量(通常為幾十到幾百個(gè))連續(xù)光譜帶的光強(qiáng)度(輻射率)。因此，圖像中的每個(gè)像素都包含連續(xù)光譜(輻射率或反射率)，可用于非常精確和詳細(xì)地表征場(chǎng)景中的物體。

手推掃帚

攝像機(jī)使用所謂的“推掃式”掃描模式逐行對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行成像。場(chǎng)景中的一條窄空間線一次成像，這條線在到達(dá)傳感器陣列之前被分成光譜分量。在二維傳感器陣列上，一維用于光譜分離，第二維用于在一個(gè)空間方向上成像。場(chǎng)景中的第二個(gè)空間維度來(lái)自相機(jī)在場(chǎng)景上的掃描(飛機(jī)運(yùn)動(dòng))。結(jié)果可以看作是每個(gè)光譜通道的一個(gè)二維圖像，或者圖像中的每個(gè)像素都包含一個(gè)全光譜。

說(shuō)明如何捕獲高光譜數(shù)據(jù)立方體的一條空間線。

工作原理

簡(jiǎn)而言之，高光譜相機(jī)的操作如下：相機(jī)前光學(xué)元件將場(chǎng)景成像到一條狹縫上，該狹縫僅讓來(lái)自場(chǎng)景中一條窄線的光通過(guò)。準(zhǔn)直后，色散元件(在我們的例子中是透射光柵)分離不同的波長(zhǎng)，然后光聚焦到探測(cè)器陣列上。光學(xué)器件的凈效應(yīng)是，對(duì)于沿著由狹縫定義的線的每個(gè)像素間隔，相應(yīng)的光譜被投射到陣列上的一列檢測(cè)器上。因此，從陣列中讀出的數(shù)據(jù)包含一片高光譜圖像，在一個(gè)方向上具有光譜信息，在另一個(gè)方向上具有空間(圖像)信息。通過(guò)掃描整個(gè)場(chǎng)景，高光譜相機(jī)收集相鄰線條的切片，形成具有兩個(gè)空間維度和一個(gè)光譜維度的高光譜圖像或“立方體”。請(qǐng)注意，掃描通常是應(yīng)用程序固有的：在遙感中，掃描是由飛機(jī)或衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)提供的。此外，在許多工業(yè)質(zhì)量控制應(yīng)用中，產(chǎn)品可以方便地通過(guò)傳送帶上的傳感器。

應(yīng)用

高光譜相機(jī)能夠獲取遠(yuǎn)超人眼光譜范圍的數(shù)據(jù)，該范圍受最大波長(zhǎng)約 700nm 的限制。高光譜相機(jī)可以配置為成像 2500nm，因此包括大部分紅外光譜。對(duì)于許多應(yīng)用，紅外區(qū)域的反射/吸收特性對(duì)于表征、量化或分類(lèi)場(chǎng)景中的物體至關(guān)重要。

隨著傳感器開(kāi)發(fā)和計(jì)算能力的最新進(jìn)展，高光譜成像現(xiàn)在已準(zhǔn)備好從緩慢且不可靠的研究原型邁出一步，以適用于從在線工業(yè)監(jiān)測(cè)/分類(lèi)/分類(lèi)到實(shí)驗(yàn)室測(cè)量、臨床儀器等各種應(yīng)用的可靠而準(zhǔn)確的分析儀器醫(yī)療診斷以及機(jī)載和衛(wèi)星遙感工具。高光譜相機(jī)非常適合所有這些應(yīng)用領(lǐng)域和許多其他領(lǐng)域。