高光譜成像儀在對(duì)樣本進(jìn)行分析時(shí)，可以獲取樣本的高光譜圖像，高光譜圖像是一個(gè)具有“圖譜合一”特點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)立方體，而高光譜圖像的處理和分析是對(duì)樣本進(jìn)行定量和定性分析的重要依據(jù)。那么，高光譜成像儀獲取的光譜圖像怎么處理與分析？本文為大家做了簡(jiǎn)要的介紹，感興趣的朋友可以了解一下！

高光譜圖像數(shù)據(jù)的特點(diǎn)：

高光譜圖像是一個(gè)具有“圖譜合一”特點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)立方體，因此高光譜圖像的處理和分析既可以在指定波長(zhǎng)情況下在空間域進(jìn)行圖像處理和分析，又可以在指定像素坐標(biāo)位置情況下在光譜域進(jìn)行光譜處理和分析，也可以同時(shí)在空間域和光譜域進(jìn)行處理和分析。

下圖顯示了高光譜圖像處理的一般流程。一般來(lái)講，高光譜圖像處理流程包括高光譜圖像數(shù)據(jù)獲取與校正層、高光譜圖像處理與分析層和應(yīng)用層三個(gè)層面。其中高光譜圖像數(shù)據(jù)獲取與校正層包括樣品高光譜圖像和參考圖像的獲取、高光譜圖像校正；高光譜圖像處理與分析層包括光譜處理與分析和圖像處理與分析；應(yīng)用層包括內(nèi)部品質(zhì)與安全性檢測(cè)和外部缺陷識(shí)別與提取。

高光譜圖像校正：

高光譜成像系統(tǒng)獲取的是未經(jīng)過(guò)校正的原始高光譜圖像。由于相機(jī)暗電流的存在，以及不同的采集系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)光的敏感程度不同，故即便是在相同的外界條件下采集同一個(gè)樣品，不同高光譜成像系統(tǒng)所獲取的高光譜圖像也不一定相同。因此為了使高光譜數(shù)據(jù)更具穩(wěn)定性和可比性，常常需要利用參考圖像把原始高光譜圖像校正成為高光譜反射率圖像。校正公式如下所示：

其中：Rnorm為校正后的光譜圖像，Rraw為原始光譜圖像，Rdark為關(guān)上光源，擰上鏡頭蓋后采集的全暗參考圖像，Rwhite為掃描反射率為99%的標(biāo)準(zhǔn)白板得到的全白參考圖像。

光譜處理與分析：

為了消除光散射、光程畸變和隨機(jī)噪聲對(duì)光譜造成的影響，在光譜數(shù)據(jù)建模前，一般使用光譜預(yù)處理技術(shù)對(duì)光譜進(jìn)行預(yù)處理。平滑、求導(dǎo)、歸一化、多元散射校正、傅里葉變換和小波變換是常見(jiàn)的光譜預(yù)處理方法。不同的預(yù)處理方法具有不同的作用，例如平滑可以用來(lái)降低光譜中的隨機(jī)噪聲；對(duì)光譜求一階或二階導(dǎo)數(shù)可以用于移除峰谷重疊和基線漂移，同時(shí)也可以根據(jù)導(dǎo)數(shù)的波峰和波谷選取特征波長(zhǎng)；歸一化和多元散射校正用于降低由于樣本表面形狀差異而帶來(lái)的光散射現(xiàn)象；傅里葉變換和小波變換則可以把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至復(fù)數(shù)域進(jìn)行相關(guān)的處理。通常情況下，需要根據(jù)光譜的數(shù)據(jù)特點(diǎn)和具體應(yīng)用選擇合理的預(yù)處理方法。

光譜數(shù)據(jù)蘊(yùn)含著樣本的特征信息，不同特征的樣本的光譜曲線差異很大。往往需要利用多元分析的方法對(duì)樣本的特征進(jìn)行定性或定量的分析。基于多元分類(lèi)的定性分析一般用于樣本缺陷的識(shí)別與提取以及安全性的定性判定。基于多元回歸的定量分析一般用于樣本內(nèi)部品質(zhì)和影響安全性的物質(zhì)含量的定量分析。

圖像處理與分析：

高光譜圖像在每一個(gè)響應(yīng)波長(zhǎng)處都有一個(gè)單色圖像，龐大的圖像數(shù)據(jù)大大增加了高光譜圖像的采集和處理時(shí)間，同時(shí)數(shù)據(jù)存在較大的冗余，且并不是每一個(gè)波長(zhǎng)處的單色圖像都適合于檢測(cè)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)樣本的快速在線檢測(cè)，必須挑選適合進(jìn)行特定品質(zhì)檢測(cè)的有效圖像。有效圖像一般為位于特征波長(zhǎng)處的單色圖像，其選擇方法等同于特征波長(zhǎng)的選擇，既可以依據(jù)原始光譜和預(yù)處理光譜曲線的波峰波谷位置進(jìn)行選取，也可以通過(guò)多元分析方法進(jìn)行選取。

圖像處理和分析是實(shí)現(xiàn)樣本自動(dòng)檢測(cè)的關(guān)鍵步驟。圖像處理是圖像分析和品質(zhì)檢測(cè)的前提和基礎(chǔ)。圖像處理操作的對(duì)象是圖像，輸出的結(jié)果則是便于品質(zhì)分析的特征向量。圖像處理包括圖像預(yù)處理、圖像分割和特征提取三個(gè)方面。