高光譜成像技術(shù)作為一種無損檢測(cè)技術(shù)，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)高光譜成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及具體應(yīng)用做了介紹，感興趣的朋友可以了解一下！
什么是高光譜成像技術(shù)？
高光譜成像技術(shù)是新興的、快速、無損的檢測(cè)技術(shù)，將傳統(tǒng)的光譜分析與機(jī)器視覺有機(jī)地結(jié)合在一起，可以同時(shí)獲得圖像上每個(gè)像素點(diǎn)的連續(xù)光譜信息和每個(gè)光譜波段的連續(xù)圖像信息，其光譜信息能反映樣本的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，圖像信息能反映樣本的空間分布、外部屬性和幾何結(jié)構(gòu)。因此高光譜圖像能對(duì)樣本的多方面物理、化學(xué)信息進(jìn)行空間維的可視化表達(dá)。
與多光譜成像相比，高光譜成像儀器可以在很窄的光譜波段內(nèi)連續(xù)采集圖像，有很高的光譜分辨率，通常精度可達(dá)到2-3nm，能得到上百條波段的連續(xù)圖像，以充分反映樣本光譜信息的細(xì)微變化。高光譜圖像是一系列光波波長的光學(xué)圖像組成的圖像塊，應(yīng)用較多的光譜波段是可見光（400-780nm）和近紅外光（780-2500nm）波段。
高光譜成像技術(shù)結(jié)合了光譜技術(shù)和圖像處理技術(shù)的雙重優(yōu)勢(shì)，既有光譜技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：快速、高效、測(cè)量簡單方便、非破壞性分析、多組分同時(shí)測(cè)定、樣品不需預(yù)處理或預(yù)處理簡單、可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)分析，又融合了圖像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：可視化、直觀形象、再現(xiàn)性好、處理精度高、適用面寬、靈活性高。光譜技術(shù)和圖像處理技術(shù)的融合與交叉，使得光譜信息和圖像信息取得雙贏效果，都發(fā)揮出遠(yuǎn)大于自身的功用。例如，可以先通過光譜分析方法選擇具有代表性的特征波長，再提取特征波長圖像的紋理等圖像信息進(jìn)行更深入的分析；可以應(yīng)用光譜分析方法定量測(cè)定樣本圖像每個(gè)像素點(diǎn)的化學(xué)成分含量和品質(zhì)參數(shù)，再在圖像上進(jìn)行空間維的顯示。
高光譜成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：
1、光譜分辨率較高
高光譜成像所用的光譜儀在可見-近紅外光譜范圍內(nèi)被劃分為上百個(gè)波段，分辨率在2.8-5nm之間，波段的劃分跟多光譜技術(shù)相比顯得更為精細(xì)，并且是連續(xù)分布，能夠反映的信息量也得到了極大的提高。
2、波長覆蓋范圍較廣
高光譜成像的光譜儀的光譜覆蓋范圍為：紫外（200-400nm）、可見光（400-760nm）、近紅外（760-2560nm）以及波長范圍大于2560nm的區(qū)域，波長覆蓋范圍很廣。
3、圖像和光譜信息集于一體，信息反映全面
高光譜成像技術(shù)是一種新興的信息融合檢測(cè)技術(shù)，它集光譜信息和圖像信息于一體。它在準(zhǔn)確的反映待測(cè)樣本表面上的圖像信息的同時(shí)也能夠夠采集到樣本內(nèi)部各點(diǎn)或線的光譜信息，使得其能夠進(jìn)一步的確定樣本內(nèi)的結(jié)構(gòu)組成和成分信息，因此可以檢測(cè)出待測(cè)樣本的全部所需信息。
4、無需前處理、無污染、方便快捷
高光譜成像技術(shù)采用具有極強(qiáng)穿透能力的光，在對(duì)待測(cè)樣本進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，不需要對(duì)待測(cè)樣本進(jìn)行任何的處理，它能夠穿透塑料或者玻璃來對(duì)待測(cè)樣本直接的檢測(cè)，同時(shí)也不用使用任何的化學(xué)試劑。相對(duì)于傳統(tǒng)的分析方法而言，在不會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染的同時(shí)也可以節(jié)約大量的化學(xué)試劑的使用費(fèi)用。儀器測(cè)定時(shí)間短。
5、無破壞性
無破壞性也是高光譜成像技術(shù)的一大特點(diǎn)，因?yàn)樗臒o破壞性使得高光譜成像技術(shù)可以對(duì)果蔬、谷物和肉類等多種農(nóng)副產(chǎn)品進(jìn)行無損檢測(cè)。在農(nóng)產(chǎn)品的儲(chǔ)藏庫中安裝高光譜自動(dòng)檢測(cè)裝置，可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)藏品的自動(dòng)檢測(cè)，節(jié)省大量人力、物力和時(shí)間。
6、在線檢測(cè)
高光譜成像技術(shù)能夠及時(shí)有效準(zhǔn)確的對(duì)待測(cè)樣本進(jìn)行檢測(cè)，所以，在流水線上可以使用高光譜檢測(cè)儀來實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的及時(shí)的在線檢測(cè)，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品內(nèi)外部品質(zhì)的變化，有主意提高產(chǎn)品本身的穩(wěn)定性。
7、多組分同時(shí)檢測(cè)
高光譜成像技術(shù)可以得到大規(guī)模的推廣的主要原因是，它可以實(shí)現(xiàn)待測(cè)樣本多個(gè)成分的同時(shí)檢測(cè)。在同一模式、同一時(shí)間下，可以對(duì)待測(cè)樣品的不同組分進(jìn)行同時(shí)測(cè)定。例如在對(duì)小麥進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，能夠同時(shí)測(cè)定其蛋白質(zhì)含量、水分含量、沉淀值、硬度等參數(shù)，這就極大的簡化了測(cè)定操作，同時(shí)也很大程度上減少了測(cè)定時(shí)間。不同的組分對(duì)測(cè)定的結(jié)果都有一些影響，是因?yàn)樵跍y(cè)定過程中，其他組分對(duì)高光譜也有吸收。
8、測(cè)定速度快
高光譜圖像的原始光譜信息必須由計(jì)算機(jī)進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的處理和分析，在獲得待測(cè)樣本的原始數(shù)據(jù)后即可立即獲得定性或定量的結(jié)果，整個(gè)分析所需時(shí)間大約在 2 分鐘之內(nèi)，并且能夠根據(jù)同一原始光譜數(shù)據(jù)的處理分析得出待測(cè)樣本各種組成或性質(zhì)數(shù)據(jù)。
高光譜成像技術(shù)的具體應(yīng)用：
1.精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)
農(nóng)業(yè)攸關(guān)國計(jì)民生，農(nóng)業(yè)信息至關(guān)重要。高光譜遙感技術(shù)的發(fā)展為遙感信息定量應(yīng)用開辟了新的領(lǐng)域，并逐漸成為新興的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)最重要的技術(shù)手段之一。高光譜遙感技術(shù)可以準(zhǔn)確獲得植物的精細(xì)光譜信息，建立監(jiān)測(cè)模型，從而能夠精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)作物的類型及播種面積、作物的生長環(huán)境及病蟲害、作物生理生化性狀、作物長勢(shì)和產(chǎn)量品質(zhì)等，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的科學(xué)化管理和實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，為作物的科學(xué)管理和高產(chǎn)高效提供技術(shù)保障。
2.植被調(diào)查
高光譜可用來估計(jì)一些森林物理參數(shù)，如葉面積指數(shù)（LAI）、材積、密度、森林覆蓋度、樹高等。LAI是植被重要的生物物理參數(shù)和植物生態(tài)研究中的一個(gè)重要指標(biāo)，它與生物量、植被長勢(shì)均密切相關(guān)。過去應(yīng)用遙感方法估計(jì)森林LAI的研究主要局限于一些相對(duì)較寬的波段的多光譜數(shù)據(jù)，精度不高，原因之一是寬波段高光譜遙感數(shù)據(jù)中往往混有相當(dāng)比例的非植物光譜，致使各種植被指數(shù)與LAI的關(guān)系不緊密，而這種非植物光譜在高光譜遙感中采用光譜微分技術(shù)可以得到有效抑制，從而提高遙感數(shù)據(jù)LAI的相關(guān)性。
3.巖礦探測(cè)
與多光譜遙感相比，高光譜遙感能夠以更高的光譜分辨率提取地物的診斷性光譜特征，這使得在多光譜遙感中不可區(qū)分的巖石和礦物光譜，可在高光譜遙感中得到精確識(shí)別。利用高光譜遙感識(shí)別巖礦，能夠直接提供同礦床成礦和蝕變相關(guān)的礦物種類、分布以及豐度信息。基于這些巖礦信息，可以有效地圈定相關(guān)礦產(chǎn)資源的勘探范圍，實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源大面積快速勘查。
4.水體水質(zhì)調(diào)查
隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類活動(dòng)的不斷擴(kuò)張，各種水體的水質(zhì)狀況越來越受到影響，水環(huán)境監(jiān)測(cè)已刻不容緩。20世紀(jì)70年代開始，一些國家應(yīng)用航空遙感監(jiān)測(cè)海岸帶污染，應(yīng)用衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域性的海上溢油、赤潮事件。赤潮水體與正常水體的光譜曲線形狀在700nm附近有所不同，差異表現(xiàn)在是否存在中心波長大于685nm的熒光峰，即赤潮水體的特征反射峰。寬光譜波段不能有效捕捉水體復(fù)雜的光譜特性，而高光譜遙感數(shù)據(jù)具有較高的空間分辨率和連續(xù)的光譜信息，能進(jìn)行有效的水體水色因子探測(cè)及提高光學(xué)水質(zhì)參數(shù)反，演精度。
5.大氣科學(xué)研究
高光譜遙感技術(shù)在大氣研究中的突出應(yīng)用是云蓋制圖、云頂高度與云層狀態(tài)參數(shù)估算、大氣水汽含量與分布估算、氣溶膠含量估計(jì)與大氣光學(xué)特性評(píng)價(jià)等。利用高光譜成像技術(shù)，在準(zhǔn)確探測(cè)大氣成分的基礎(chǔ)上，能提高天氣預(yù)報(bào)、災(zāi)害預(yù)警等的準(zhǔn)確性與可靠性。
