高光譜成像技術(shù)原理及其優(yōu)勢(shì)

高光譜成像技術(shù)是一種將成像技術(shù)與光譜技術(shù)結(jié)合的影像數(shù)據(jù)技術(shù)。通過高光譜技術(shù)可以獲取探測(cè)目標(biāo)的光譜信息，從而得到高光譜分辨率的連續(xù)、窄波段的影像數(shù)據(jù)。高光譜成像技術(shù)發(fā)展迅速，常見的包括光柵分光、聲光可調(diào)諧濾波分光、棱鏡分光、芯片鍍膜等。目前，高光譜成像技術(shù)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷、遙感檢測(cè)、食品質(zhì)量與安全等方面。

高光譜數(shù)據(jù)主要由遙感傳感器捕獲，而遙感傳感器可分為:攝影類型的傳感器、掃描成像類型的傳感器、雷達(dá)成像型的傳感器與非影像類型的傳感器。無論哪種類型的遙感傳感器，它們都由收集器、探測(cè)器、處理器與輸出器幾部分構(gòu)成。

其中，收集器用來收集地物輻射來的能量，具體的元件包括透鏡組、反射鏡組、天線等。探測(cè)器將收集的輻射能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能或電能，具體的元器件包括感光膠片、光電管、光敏和熱敏探測(cè)元件、共振腔諧振器等。

處理器是對(duì)收集的信號(hào)進(jìn)行處理操作(如顯影、定影、信號(hào)放大、變換、校正和編碼等)，具體的處理器類型有攝影處理裝置和電子處理裝置等。輸出器的類型有掃描曬像儀、陰極射線管、電視顯像管磁帶記錄儀、彩色噴墨儀等，主要用來獲取數(shù)據(jù)。

高光譜成像原理

1.數(shù)據(jù)集特性

高光譜與多光譜是存在差異的，這是初學(xué)者容易混淆的兩個(gè)概念。因此，在這里進(jìn)行詳細(xì)說明。以上兩者的主要區(qū)別在于波段的數(shù)量和波段的窄度。其中，多光譜影像通常是指以像素表示的3~10個(gè)波段。每個(gè)波段都可以通過遙感輻射計(jì)獲取。對(duì)于高光譜數(shù)據(jù)而言，其包含很窄的波段(10~20nm)，高光譜影像可能有成千上萬的波段。對(duì)于高光譜數(shù)據(jù)的每個(gè)波段而言，往往需要成像光譜儀進(jìn)行獲取。圖1與圖2分別為多光譜與高光譜示例圖。

2.優(yōu)勢(shì)

與高分辨率、多光譜影像相比，高光譜影像的優(yōu)勢(shì)在于：分辨率高，波段眾多。它包含豐富的輻射、空間和光譜信息，是多種信息的綜合載體。高光譜影像在地物制圖、資源勘探等領(lǐng)域得到了廣泛使用。

與常見的RGB影像不同，高光譜影像往往是多通道影像，因此，在獲得高光譜數(shù)據(jù)時(shí)，需要對(duì)高光譜影像進(jìn)行預(yù)處理才能夠?qū)ζ溥M(jìn)行可視化，如取出多通道中的一個(gè)或者三個(gè)通道。高光譜的波段信息往往包含豐富的數(shù)據(jù)特征，可以通過不同地物對(duì)不同波段的敏感度不同，進(jìn)行波段選擇，以突出某類目標(biāo)特征。

審核編輯 黃宇