高光譜成像技術(shù)的核心原理是光譜與圖像合二為一，獲得圖像數(shù)據(jù)的同時，得到圖像中每個像素的光譜信息，即高光譜數(shù)據(jù)多維立方體。其采集數(shù)據(jù)的方式主要包括點(diǎn)掃描、線掃描、面掃描等。本文對高光譜技術(shù)的原理做了介紹。

高光譜成像技術(shù)指什么？

高光譜成像技術(shù)的光譜波段覆蓋了可見光、近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外以及熱紅外等區(qū)域的全部連續(xù)的光譜帶。其中可見近紅外（VNIR）和近紅外波段（NIR）在樣品定性定量研究中較為廣泛。高光譜成像系統(tǒng)主要由光源、光譜儀、鏡頭、高分辨率相機(jī)和電荷耦合探測器（CCD）等組成，如下圖所示。

高光譜成像技術(shù)數(shù)據(jù)采集方式主要包括點(diǎn)掃描、線掃描、面掃描。點(diǎn)掃描主要捕獲單個像素點(diǎn)的光譜，常用于微觀對象的檢測；線掃描又稱為推掃式，主要用于獲取樣品在對應(yīng)條狀空間中每個像素在各個波長下的圖像信息，而且在檢測時需要光譜檢測器和待測樣品產(chǎn)生位移差，因此該數(shù)據(jù)采集方法能較好地應(yīng)用于傳送帶系統(tǒng)；面掃描主要是獲取樣品在單個波長下完整的空間圖像。

高光譜成像技術(shù)的基本原理：

如上圖所示，當(dāng)光源照射到待測樣品表面，由于樣品中所含物質(zhì)成分及物理特性存在差異，在特定波長下有不同的反射比、分散度以及電磁能等。待檢樣品的輻射能通過鏡頭聚集并由狹縫增強(qiáng)準(zhǔn)直照射到分光原件上，最終在垂直方向上按光譜分散并成像于圖像傳感器上，即得到待測樣品的高光譜圖，如下圖所示。

高光譜圖像是由非常窄的多達(dá)數(shù)百個連續(xù)光譜波段組成，其圖像又稱超立方，可通過反射、透射和漫反射來獲取，該圖像是一個三維的數(shù)據(jù)矩陣（X，Y，λ），其中（X，Y）代表的是二維的空間維度，（λ）代表的是一維的光譜維度。從一維維度（λ）上看，高光譜圖像是一張張二維（X，Y）圖像（上圖A），而從二維（X，Y）上看，高光譜圖像是一條條光譜譜線（上圖B），光譜數(shù)據(jù)所攜帶的信息一般可采用3種表示方法，即圖像空間、光譜空間、特征空間。圖像空間根據(jù)RGB色澤的差異能較為直觀地觀測被檢對象的整體分布信息；光譜空間表示了被檢物質(zhì)在不同波長下的響應(yīng)情況；特征空間為光譜指紋圖譜技術(shù)奠定了理論依據(jù)，且該特征空間能較好地應(yīng)用于模式識別。