什么是高光譜成像技術(shù)？高光譜成像技術(shù)是光譜成像技術(shù)的一種，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)。本文對光譜成像技術(shù)的幾個類型做了簡要的歸納。

什么是高光譜成像技術(shù)？

高光譜成像技術(shù)是近三十幾年來發(fā)展起來的，將傳統(tǒng)的二維成像技術(shù)和一維光譜技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起從而獲得數(shù)據(jù)立方體的一門新興技術(shù)。該技術(shù)既可以獲得目標(biāo)物體的二維空間信息，又可以獲得其一維光譜信息；其光譜覆蓋范圍較窄，波段數(shù)在10~1000之間，光譜分辨率在10-2λ數(shù)量級內(nèi)（10 nm左右）；并且其多個光譜通道是連續(xù)的。因此該技術(shù)具有空間可識別性、超多波段（上百個波段）、高的光譜分辨率、光譜范圍廣（電磁波的紫外、可見光、近紅外、中紅外以至熱紅外區(qū)域）和圖譜合一等特點(diǎn)。其優(yōu)勢在于采集到的圖像信息量豐富，識別度較高和數(shù)據(jù)描述模型多。由于該技術(shù)具有眾多的優(yōu)勢，因此，在發(fā)展之初便引起了廣泛的關(guān)注，其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括大氣監(jiān)測、食品和藥品安全檢測、精，準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、林業(yè)、海洋等各水體檢測以及軍事、國防及國土安全等。

高光譜成像技術(shù)的類型：

1.根據(jù)成像方式的不同分

根據(jù)成像方式的不同，可將高光譜成像技術(shù)分為掃描型和快照式兩大類，掃描型高光譜成像技術(shù)又分為擺掃式，推掃式和凝采式三種。

1）擺掃式高光譜成像技術(shù)

也叫做撣掃式、揮掃式高光譜成像技術(shù)，其掃描方式是點(diǎn)掃描。該類型儀器的核心部件是線陣列光電探測器，其作用是接收目標(biāo)不同波長下的輻射能，其一般在掃描儀的前方安裝光學(xué)鏡頭，利用機(jī)械傳動裝置帶動鏡頭左右擺動以及飛行平臺向前移動完成對地面目標(biāo)的逐點(diǎn)掃描，達(dá)到獲取多個窄波段連續(xù)光譜圖像的目的。

2）推掃式高光譜成像技術(shù)

也叫做推帚式高光譜成像技術(shù)，其掃描方式是線掃描。該類型儀器通過推掃的方式每次獲取一行目標(biāo)信息，因此其前方不需要移動探測部件，其采用二維面陣列探測器，其中，一維用于接收保存光譜信息，與之相垂直的另一維為線性陣列，其作用是分散并聚焦目標(biāo)物體在不同波長下的輻射能。

3）凝采式高光譜成像技術(shù)

也叫做凝視式高光譜成像技術(shù)，其掃描方式是顏色掃描。該類型儀器通過顏色掃描方式每次獲取一個波長下的目標(biāo)信息。其采用單色器或電調(diào)諧濾波器完成不同光譜通道之間的切換，以達(dá)到探測器采集相應(yīng)波長的目標(biāo)物體全部信息的目的。

4）快照式高光譜成像技術(shù)

其成像方式無需掃描，能夠一次性獲取目標(biāo)物體包括一維光譜信息在內(nèi)的全部信息。該類儀器系統(tǒng)內(nèi)部不存在移動部件或其他動態(tài)調(diào)節(jié)組件，抗干擾能力強(qiáng)，且成像速度快，因此適用于移動速度較快的目標(biāo)物體，并且可以達(dá)到實(shí)時監(jiān)測的目的。

2.根據(jù)分光原理的不同分

根據(jù)分光原理的不同，可將高光譜成像技術(shù)分為色散型、干涉型、計(jì)算層析型等幾種類型。

1）色散型高光譜成像技

色散型高光譜成像技術(shù)主要包括色散棱鏡型、衍射光柵型以及聲光、液晶可調(diào)諧濾光片型（AOTF）等高光譜成像技術(shù)。色散型高光譜成像技術(shù)利用光柵、棱鏡等色散元件將經(jīng)準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后的光線色散成連續(xù)分布的單色光，光線經(jīng)聚焦會聚于探測元件上，最終得到每一個像元的強(qiáng)度。該技術(shù)出現(xiàn)較早，又其原理結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，因此發(fā)展比較成熟。但是該系統(tǒng)內(nèi)部狹縫的存在導(dǎo)致光譜分辨率、能量利用率以及信噪比很難提高成為制約該技術(shù)繼續(xù)發(fā)展的瓶頸問題。

2）干涉型高光譜成像技

干涉型高光譜成像技術(shù)也稱傅立葉變換型高光譜成像技術(shù)，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）、液晶可調(diào)諧濾光片型（LCTF）等高光譜成像技術(shù)。干涉型高光譜成像技術(shù)將獲取的干涉強(qiáng)度信息通過傅里葉變換轉(zhuǎn)換成目標(biāo)的光譜信息，是間接光譜成像技術(shù)。干涉型的高光譜成像儀較上述色散型高光譜成像儀具有多通道、高通量、高光譜分辨率、高信噪比等優(yōu)點(diǎn)。

3）計(jì)算層析型高光譜成像技術(shù)

計(jì)算層析型高光譜成像技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、探測器水平以及醫(yī)學(xué)上斷層掃描技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新興技術(shù)，目前還處于理論及方法研究階段。該技術(shù)將計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)應(yīng)用于高光譜成像技術(shù)中，將目標(biāo)圖像的數(shù)據(jù)立方體視作三維，物體，沿著一個或者多個方向投影到探測器上，再根據(jù)數(shù)據(jù)立方體與獲得的投影圖像之間的關(guān)系，選擇合適的重建算法重構(gòu)出目標(biāo)的三維數(shù)據(jù)立方體。其顯著的優(yōu)點(diǎn)是其具有全視場性，不僅能夠保證較高的光通量及光能利用率，而且能夠快速精確的獲取目標(biāo)物體的二維空間信息和一維光譜信息。