人看到的只是物體發(fā)出的光的一小部分

高光譜學(xué)(及其相關(guān)技術(shù)，多光譜學(xué)和超光譜學(xué))的用武之地，其基本思想是：鑒于物體實(shí)際上發(fā)射全光譜的光，其中大部分我們看不到，是否有可能“識(shí)別”“僅僅通過(guò)觀察這個(gè)光譜就能看到那個(gè)物體?另一種說(shuō)法是，如果我們從很遠(yuǎn)的地方觀看每個(gè)物體，那么它可能看起來(lái)非常相似。然而，如果我們更深入地研究它發(fā)出的全波長(zhǎng)光譜，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一些明顯的差異。

每種顏色代表一種不同的“種類(lèi)”，注意，這些不同波長(zhǎng)下的光量存在巨大差異，那么這到底是如何運(yùn)作的呢?我們?nèi)绾螌⒑?jiǎn)單的圖片變成下面這個(gè)復(fù)雜的光譜“指紋圖?

用光譜法分裂光

答案是使用一種稱(chēng)為光譜學(xué)的技術(shù)，這種方法已經(jīng)在物理和化學(xué)領(lǐng)域使用了數(shù)十年，通常用于了解復(fù)雜分子中存在的電鍵類(lèi)型，尚光譜學(xué)基本上采用了這個(gè)想法，并將其應(yīng)用于更遠(yuǎn)距離的圖像，例如從飛機(jī)或相機(jī)拍攝的圖像。

這個(gè)想法基本上與棱鏡將白光分離為其組成視覺(jué)頻率的想法相同，在這種情況下，一束白光照射到棱鏡上，以不同角度衍射，并以美麗的彩虹色從棱鏡射出，這是因?yàn)榘坠馐强梢?jiàn)光譜中所有波長(zhǎng)的組合，并目每種波長(zhǎng)的衍射角度都略有不同。

高光譜學(xué)的工作原理相同，只是它使用的技術(shù)可以捕獲整個(gè)電磁光譜范圍，而不僅僅是可見(jiàn)光，最流行的方法之一是使用衍射光柵技術(shù)，該技術(shù)使光穿過(guò)只允許某些波長(zhǎng)通過(guò)的微小狹。另一種方法是干涉測(cè)量法，它將光分成兩束相同的光束，改變其中一束光束(例如通過(guò)衍射)，然后將它們重新加在一起井分析它們相互干涉的方式。

目前這些方法的最大技巧是它們需要大的數(shù)據(jù)和處理能力才能實(shí)現(xiàn)，想象一下，當(dāng)您拍攝高分辨率照片時(shí)，相機(jī)內(nèi)存會(huì)多快被填滿，現(xiàn)在，請(qǐng)記住，可見(jiàn)光僅占所有光波的一小部分，如果您要拍攝每個(gè)像素捕獲全光譜的照片，那么每張照片的大小很快就會(huì)達(dá)到數(shù)百兆字節(jié)，因此，構(gòu)成高光譜圖像的數(shù)據(jù)通常被視為三維“圖像立方體”，其中兩個(gè)軸對(duì)應(yīng)于空間中的點(diǎn)，第三個(gè)軸是給定點(diǎn)的光譜值的全范圍。

這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用是巨大的——基本上，任何反射或發(fā)射光的物體(基本上是地球上的每個(gè)物體)都可以通過(guò)高光譜成像進(jìn)行“指紋識(shí)別”，這意味著我們可以?xún)H使用從圖像中收集的光譜來(lái)識(shí)別礦物、建筑物，甚至是人。

從本質(zhì)上講，高光譜成像是為了認(rèn)識(shí)到外面的信息比我們直觀掌握或看到的要多得多，作為一種科學(xué)技術(shù)，它能夠通過(guò)巧妙地使用光學(xué)和功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)來(lái)梳理隱藏的信息。其結(jié)果是一種方法，使我們能夠比我們的眼睛更深入地探索光學(xué)世界，并在此過(guò)程中發(fā)現(xiàn)迄今為止科學(xué)未知的物理物體的獨(dú)特屬性。

這是科學(xué)獨(dú)創(chuàng)性的例子，并提醒我們存在于我們周?chē)碾[藏世界——肉眼看不見(jiàn)，但通過(guò)科學(xué)的鏡頭被照亮。