高光譜成像技術是一種將傳統(tǒng)的二維成像技術和光譜技術結合在一起的技術。它可以同時提供目標物體的二維空間信息和一維光譜信息。這種技術具有很多優(yōu)點，例如可以識別目標物體的空間位置，具備超多波段的光譜分辨率以及廣泛的光譜范圍，還可以將圖像與光譜信息合并在一起。本文對幾種光譜成像技術進行了簡要總結。

高光譜成像技術的優(yōu)點和應用領域

高光譜成像儀是一種用于獲取物體或場景高光譜信息的儀器。它可以通過獲取物體反射、輻射或散射的光譜數(shù)據(jù)來提取物體的光譜特征。這種儀器由傳感器、光學系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理部分組成，能夠捕捉到可見光和近紅外光的光譜特征。高光譜成像儀主要應用于地球觀測、環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)、軍事等領域，能夠提供詳細的物體分類、識別和定量分析，具有廣闊的應用前景。

高光譜成像技術是一種通過收集物體在可見光和紅外光譜范圍內(nèi)的反射和輻射數(shù)據(jù)來獲取更詳細和全面的圖像的方法。該技術利用分光儀收集到的連續(xù)光譜數(shù)據(jù)，可以解析出物體表面的細微變化，從而實現(xiàn)對物體不同特征的識別和區(qū)分。高光譜成像技術在農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、地質(zhì)勘探等領域具有廣泛應用前景。

高光譜成像技術是近30年來發(fā)展起來的一門新興技術，將傳統(tǒng)的二維成像技術和一維光譜技術有機結合在一起，可以獲得數(shù)據(jù)立方體的信息。該技術不僅可以獲取目標物體的二維空間信息，還可以獲取其一維光譜信息。它的光譜覆蓋范圍較窄，波段數(shù)在10~1000之間，光譜分辨率在10-2λ數(shù)量級內(nèi)（大約10nm左右），并且它的多個光譜通道是連續(xù)的。因此，該技術具有一系列特點，如空間可識別性、超多波段（上百個波段）、高的光譜分辨率、光譜范圍廣（包括紫外、可見光、近紅外、中紅外以及熱紅外區(qū)域）以及圖譜合一等。它的優(yōu)勢在于采集到的圖像信息量豐富，識別度較高，并且具有多種數(shù)據(jù)描述模型。由于這些優(yōu)勢，該技術在發(fā)展初期就引起了廣泛的關注，主要應用領域包括大氣監(jiān)測、食品和藥品安全檢測、精準農(nóng)業(yè)、林業(yè)、海洋等水體檢測，還可以用于軍事、國防和國土安全等領域。

高光譜成像技術的類型

1.根據(jù)成像方式的差異分為

根據(jù)成像方式的差異，高光譜成像技術可以被分為掃描型和快照式兩種。掃描型高光譜成像技術又可以被進一步細分為擺掃式、推掃式和凝采式三種。

1）高光譜成像技術的擺動掃描方式

這種技術也被稱為點掃描式、揮掃式高光譜成像技術。它的掃描方法是逐點掃描。該設備的核心部件是線陣列光電探測器，其作用是接收目標在不同波長下的輻射能。通常，光學鏡頭安裝在掃描儀前方，利用機械傳動裝置控制鏡頭的左右擺動，同時使飛行平臺向前移動，以完成對地面目標的逐點掃描，從而獲得多個窄波段連續(xù)光譜圖像。

2）高光譜成像技術的推掃式

另一種名稱是推掃式高光譜成像技術，它使用線性掃描方式。這種類型的儀器通過推動掃描來每次獲取一行目標信息，因此不需要移動前方的探測部件。它采用二維面陣列探測器，其中一維用于接收和保存光譜信息，與之垂直的另一維是線性陣列，其作用是將目標物體在不同波長下的輻射能分散并聚焦。

3）高光譜成像技術應用于凝采式成像技術上。

這種技術也被稱為凝視式高光譜成像技術，它采用顏色掃描的方式進行掃描。這種儀器通過顏色掃描的方式，每次獲取一個波長下的目標信息。它利用單色器或電調(diào)諧濾波器在不同的光譜通道之間進行切換，從而實現(xiàn)探測器采集相應波長的目標物體的全部信息。

4）高光譜成像技術的快照式應用

這種成像方式無需掃描，可以一次性獲取目標物體的全部信息，包括一維光譜信息。儀器系統(tǒng)內(nèi)部沒有移動部件或其他動態(tài)調(diào)節(jié)組件，具有強大的抗干擾能力和快速成像速度。因此，它適用于移動速度較快的目標物體，并可以實現(xiàn)實時監(jiān)測的目的。

2.根據(jù)不同的分光原理

高光譜成像技術可以根據(jù)不同的分光原理分為幾種類型，包括色散型、干涉型和計算層析型。

術是一種能夠獲取物體多波段光譜信息的圖像技術。

高光譜成像技術主要分為色散棱鏡型、衍射光柵型以及聲光和液晶可調(diào)諧濾光片型（AOTF）等類型。色散型高光譜成像技術通過利用光柵、棱鏡等色散元件將經(jīng)過準直透鏡準直的光線分散成連續(xù)分布的單色光，然后通過聚焦使光線匯聚到探測元件上，最終獲得每個像素的強度。這種技術早期出現(xiàn)，原理結構簡單，性能穩(wěn)定，因此發(fā)展較為成熟。然而，由于系統(tǒng)內(nèi)部的狹縫存在，光譜分辨率、能量利用率和信噪比很難提高，成為該技術進一步發(fā)展的瓶頸。

2）干預式高光譜成像技術

干涉型高光譜成像技術，又被稱為傅立葉變換型高光譜成像技術。它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）和液晶可調(diào)諧濾光片型（LCTF）等高光譜成像技術。干涉型高光譜成像技術將獲取的干涉強度信息通過傅里葉變換轉換成目標的光譜信息，屬于間接光譜成像技術。相比起色散型高光譜成像儀，干涉型的高光譜成像儀具有多通道、高通量、高光譜分辨率和高信噪比等優(yōu)點。

3）層析型高光譜成像技術的計算

計算層析型高光譜成像技術是一種新興技術，隨著計算機技術、探測器水平以及醫(yī)學上斷層掃描技術的發(fā)展而出現(xiàn)。當前該技術仍處于理論及方法研究階段。該技術將計算機斷層掃描技術應用到高光譜成像技術中，將目標圖像的數(shù)據(jù)立方體視為三維物體，通過投影到一個或多個方向上的探測器上，再根據(jù)數(shù)據(jù)立方體與投影圖像之間的關系，選擇適合的重建算法以重構出目標的三維數(shù)據(jù)立方體。該技術的顯著優(yōu)點是具有全視場性，不僅能夠保證較高的光通量和光能利用率，還能夠快速精確獲取目標物體的二維空間信息和一維光譜信息。