什么是高光譜成像技術(shù)？高光譜成像技術(shù)是光譜成像技術(shù)的一種，它將傳統(tǒng)二維成像技術(shù)和光譜技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，既可以獲取目標(biāo)物的二維空間信息，又可以獲得一維光譜信息。該技術(shù)具有空間可識(shí)別性、超多波段、高的光譜分辨率、光譜范圍廣和圖譜合一等眾多優(yōu)點(diǎn)。本文對(duì)光譜成像技術(shù)的幾個(gè)類(lèi)型做了簡(jiǎn)要的歸納。

什么是高光譜成像技術(shù)？

高光譜成像技術(shù)是近三十幾年來(lái)發(fā)展起來(lái)的，將傳統(tǒng)的二維成像技術(shù)和一維光譜技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起從而獲得數(shù)據(jù)立方體的一門(mén)新興技術(shù)。該技術(shù)既可以獲得目標(biāo)物體的二維空間信息，又可以獲得其一維光譜信息；其光譜覆蓋范圍較窄，波段數(shù)在10~1000之間，光譜分辨率在10-2λ數(shù)量級(jí)內(nèi)（10 nm左右）；并且其多個(gè)光譜通道是連續(xù)的。因此該技術(shù)具有空間可識(shí)別性、超多波段（上百個(gè)波段）、高的光譜分辨率、光譜范圍廣（電磁波的紫外、可見(jiàn)光、近紅外、中紅外以至熱紅外區(qū)域）和圖譜合一等特點(diǎn)。其優(yōu)勢(shì)在于采集到的圖像信息量豐富，識(shí)別度較高和數(shù)據(jù)描述模型多。由于該技術(shù)具有眾多的優(yōu)勢(shì)，因此，在發(fā)展之初便引起了廣泛的關(guān)注，其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括大氣監(jiān)測(cè)、食品和藥品安全檢測(cè)、精，準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、林業(yè)、海洋等各水體檢測(cè)以及軍事、國(guó)防及國(guó)土安全等。

高光譜成像技術(shù)的類(lèi)型：

1.根據(jù)成像方式的不同分

根據(jù)成像方式的不同，可將高光譜成像技術(shù)分為掃描型和快照式兩大類(lèi)，掃描型高光譜成像技術(shù)又分為擺掃式，推掃式和凝采式三種。

1）擺掃式高光譜成像技術(shù)

也叫做撣掃式、揮掃式高光譜成像技術(shù)，其掃描方式是點(diǎn)掃描。該類(lèi)型儀器的核心部件是線陣列光電探測(cè)器，其作用是接收目標(biāo)不同波長(zhǎng)下的輻射能，其一般在掃描儀的前方安裝光學(xué)鏡頭，利用機(jī)械傳動(dòng)裝置帶動(dòng)鏡頭左右擺動(dòng)以及飛行平臺(tái)向前移動(dòng)完成對(duì)地面目標(biāo)的逐點(diǎn)掃描，達(dá)到獲取多個(gè)窄波段連續(xù)光譜圖像的目的。

2）推掃式高光譜成像技術(shù)

也叫做推帚式高光譜成像技術(shù)，其掃描方式是線掃描。該類(lèi)型儀器通過(guò)推掃的方式每次獲取一行目標(biāo)信息，因此其前方不需要移動(dòng)探測(cè)部件，其采用二維面陣列探測(cè)器，其中，一維用于接收保存光譜信息，與之相垂直的另一維為線性陣列，其作用是分散并聚焦目標(biāo)物體在不同波長(zhǎng)下的輻射能。

3）凝采式高光譜成像技術(shù)

也叫做凝視式高光譜成像技術(shù)，其掃描方式是顏色掃描。該類(lèi)型儀器通過(guò)顏色掃描方式每次獲取一個(gè)波長(zhǎng)下的目標(biāo)信息。其采用單色器或電調(diào)諧濾波器完成不同光譜通道之間的切換，以達(dá)到探測(cè)器采集相應(yīng)波長(zhǎng)的目標(biāo)物體全部信息的目的。

4）快照式高光譜成像技術(shù)

其成像方式無(wú)需掃描，能夠一次性獲取目標(biāo)物體包括一維光譜信息在內(nèi)的全部信息。該類(lèi)儀器系統(tǒng)內(nèi)部不存在移動(dòng)部件或其他動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)組件，抗干擾能力強(qiáng)，且成像速度快，因此適用于移動(dòng)速度較快的目標(biāo)物體，并且可以達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的。

2.根據(jù)分光原理的不同分

根據(jù)分光原理的不同，可將高光譜成像技術(shù)分為色散型、干涉型、計(jì)算層析型等幾種類(lèi)型。

1）色散型高光譜成像技

色散型高光譜成像技術(shù)主要包括色散棱鏡型、衍射光柵型以及聲光、液晶可調(diào)諧濾光片型（AOTF）等高光譜成像技術(shù)。色散型高光譜成像技術(shù)利用光柵、棱鏡等色散元件將經(jīng)準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后的光線色散成連續(xù)分布的單色光，光線經(jīng)聚焦會(huì)聚于探測(cè)元件上，最終得到每一個(gè)像元的強(qiáng)度。該技術(shù)出現(xiàn)較早，又其原理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，因此發(fā)展比較成熟。但是該系統(tǒng)內(nèi)部狹縫的存在導(dǎo)致光譜分辨率、能量利用率以及信噪比很難提高成為制約該技術(shù)繼續(xù)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。

2）干涉型高光譜成像技

干涉型高光譜成像技術(shù)也稱(chēng)傅立葉變換型高光譜成像技術(shù)，主要包括傅里葉變換型（邁克爾遜干涉型、三角共路干涉型、雙折射偏振干涉型）、液晶可調(diào)諧濾光片型（LCTF）等高光譜成像技術(shù)。干涉型高光譜成像技術(shù)將獲取的干涉強(qiáng)度信息通過(guò)傅里葉變換轉(zhuǎn)換成目標(biāo)的光譜信息，是間接光譜成像技術(shù)。干涉型的高光譜成像儀較上述色散型高光譜成像儀具有多通道、高通量、高光譜分辨率、高信噪比等優(yōu)點(diǎn)。

3）計(jì)算層析型高光譜成像技術(shù)

計(jì)算層析型高光譜成像技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、探測(cè)器水平以及醫(yī)學(xué)上斷層掃描技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新興技術(shù)，目前還處于理論及方法研究階段。該技術(shù)將計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)應(yīng)用于高光譜成像技術(shù)中，將目標(biāo)圖像的數(shù)據(jù)立方體視作三維，物體，沿著一個(gè)或者多個(gè)方向投影到探測(cè)器上，再根據(jù)數(shù)據(jù)立方體與獲得的投影圖像之間的關(guān)系，選擇合適的重建算法重構(gòu)出目標(biāo)的三維數(shù)據(jù)立方體。其顯著的優(yōu)點(diǎn)是其具有全視場(chǎng)性，不僅能夠保證較高的光通量及光能利用率，而且能夠快速精確的獲取目標(biāo)物體的二維空間信息和一維光譜信息。