高光譜成像技術(shù)是將光譜技術(shù)和多個成像技術(shù)結(jié)合所產(chǎn)生的一種新興無損檢測技術(shù)，該技術(shù)可以獲得樣本的圖像信息和光譜信息，具有圖譜合一的特點(diǎn)，目前以廣泛的應(yīng)用于不同的行業(yè)。本文對高光譜技術(shù)的發(fā)展、特點(diǎn)及應(yīng)用做了介紹，感興趣的朋友可以了解一下！

高光譜成像技術(shù)的發(fā)展：

光譜成像技術(shù)是一門綜合技術(shù)，集光學(xué)、光譜學(xué)、精密儀器、微弱信號檢測、計算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)于一體，光譜成像技術(shù)是光譜技術(shù)和成像技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，它能夠在電磁波譜的紫外、可見光、近紅外、中紅外和遠(yuǎn)紅外區(qū)域，獲取大量很窄且光譜連續(xù)的圖像數(shù)據(jù)，其中圖像中的每個像元可以提取出一條完整而連續(xù)的光譜曲線。鑒于光譜成像儀可以同時獲取同一目標(biāo)的光譜和空間信息，直接反應(yīng)觀測目標(biāo)的空間和光譜特征，揭示觀測目標(biāo)的物質(zhì)成分，因此光譜成像技術(shù)具有極高的應(yīng)用價值。

通常認(rèn)為，光譜成像技術(shù)的興起出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代，其標(biāo)志是世界上第一臺成像光譜儀由美國的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室研制成功。它被稱為AIS，它采用了32×32的碲鎘汞混成焦平面器件，通過光柵的擺動，在0.9～2.4um紅外波段內(nèi)獲取128個波段的數(shù)據(jù)。根據(jù)傳感器的光譜分辨率的不同，光譜成像技術(shù)分為多光譜成像、高光譜成像和超光譜成像。光譜成像技術(shù)最初主要用于遙感領(lǐng)域，通常也有不同的命名，如成像光譜學(xué)（Imaging Spectroscopy）、高光譜遙感（Hyperspectral Remote Sensing）以及成像測譜術(shù)（Imaging Spectrometry）。隨著光學(xué)、計算機(jī)和精密儀器等科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，光譜成像技術(shù)也取得了巨大的進(jìn)步。

高光譜成像技術(shù)的特點(diǎn)：

將光譜技術(shù)和多個成像技術(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。

高光譜成像技術(shù)的應(yīng)用：

光譜成像技術(shù)作為一門近三十年內(nèi)興起的新興的綜合技術(shù)，廣泛應(yīng)用于海洋研究、大氣探測、植被研究、地質(zhì)研究、生物醫(yī)學(xué)、農(nóng)畜產(chǎn)品品質(zhì)檢測以及文物鑒定保護(hù)等多個領(lǐng)域，下面將分別闡述光譜成像技術(shù)在這些領(lǐng)域的應(yīng)用情況。

1、海洋研究中的應(yīng)用

隨著光譜成像技術(shù)的不斷發(fā)展，成像光譜儀的分辨率也在不斷提高目前已達(dá)到納米級別，因此可以利用光譜成像儀去檢測海洋和湖泊的水質(zhì)，“海洋窗口”是指450～600nm的藍(lán)光至黃光波段，利用這個波段可以很好的觀測海洋和湖泊中浮游生物、沉積性懸浮物、葉綠素分布等情況。

2、大氣探測中的應(yīng)用

光譜成像技術(shù)在大氣探測中的應(yīng)用主要分為兩個方面：一方面，檢測大氣中溫室氣體的含量，如二氧化碳、臭氧及污染氣體；另一方面，確定大氣溫度和水汽垂直分布的情況，進(jìn)行大氣過程研究和地球表面成分分析等。大氣探測對光譜成像儀的光譜分辨率要求較高，通常采用超光譜成像儀。

3、植被研究中的應(yīng)用

利用高光譜數(shù)據(jù)可以分析得到植物葉子和植冠中的化學(xué)成分，通過觀測這些化學(xué)成分的變化，從而監(jiān)測大氣和環(huán)境的變化引起的植物功能變化。

4、地質(zhì)研究中的應(yīng)用

光譜成像技術(shù)最初被應(yīng)用于礦物探測、巖礦識別、油氣滲漏監(jiān)測和礦產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測，這也是最初高光譜遙感應(yīng)用的最成功的領(lǐng)域。

5、生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

隨著基因醫(yī)學(xué)、分子生物學(xué)等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的快速發(fā)展，對分析檢測也提出更高的要求，不再滿足于傳統(tǒng)的定性和定量分析，“綜合形態(tài)分析”的概念于1999年在匹茲堡化學(xué)與光譜學(xué)會議上被提出。綜合形態(tài)分析要求提供觀測樣本中的生化成分或者化學(xué)成分的定量分布影像以及其變化信息。光譜成像技術(shù)可以滿足綜合形態(tài)分析、定性和定量等要求，因此具有極大的學(xué)術(shù)價值和應(yīng)用價值，在生物醫(yī)學(xué)的各個領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

6、農(nóng)畜產(chǎn)品品質(zhì)檢測中的應(yīng)用

從二十一世紀(jì)初開始，光譜成像技術(shù)在農(nóng)畜產(chǎn)品品質(zhì)檢測領(lǐng)域顯現(xiàn)出了巨大的潛力，尤其是在對農(nóng)產(chǎn)品的內(nèi)外品質(zhì)檢測方面，光譜成像技術(shù)在農(nóng)畜產(chǎn)品品質(zhì)檢測的研究中，主要是對蘋果品質(zhì)的檢測，例如表皮污染、硬度、糖度、缺陷以及可溶性固體物方面的檢測，其次是小麥和黃瓜品質(zhì)的檢測，以及雞肉表面污染的檢測。其他檢測對象包括：馬鈴薯、柑橘、豬肉、梨子、蘑菇等等。通過高光譜數(shù)據(jù)提取農(nóng)產(chǎn)品表面顏色、結(jié)構(gòu)以及組分的信息，同時獲取對象內(nèi)部的一些信息，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的預(yù)測。

7、文物鑒定保護(hù)中應(yīng)用

不同的文物具有不同的分子結(jié)構(gòu)和年代特征，因此在一定的光譜波段范圍有不同的自然發(fā)光光譜、吸收光譜、散射光譜、受激發(fā)射光譜的特性，不同的文物由于具有不同的分子結(jié)構(gòu)特征和年代特征都具有各自的特征波長，將這些特征波長作為檢測和鑒定文物的指紋。光譜成像技術(shù)可以獲得檢測和鑒定文物的指紋，并給出一定光譜波段范圍的光譜圖像。