高光谱成像技术：实现图谱合一,智能感知

图谱合一是高光谱遥感的特点之一。

高光谱遥感的特点：

(1) 波段多：

可以为每个像元提供十几、数百甚至上千波段；光谱范围窄：波段范围一般小于10nm；

(2) 图谱合一：

高光谱遥感图像将地物空间、光谱和辐射信息融合到一起，具有更加丰富的地物类别信息；

(3) 波段连续（具有光谱连续性）：

由于成像光谱仪的光谱通道较多，每个像元在一定范围内具有精细、连续的光谱曲线，该曲线能真实反映波谱能量百分比随波长变化的规律；

有些传感器可以在350~2500nm的太阳光谱范围内提供几乎连续的地物光谱；

(4) 数据量大：

随着波段数的增加，数据量成指数增加；

(5) 信息冗余增加：

由于相邻波段高度相关，冗余信息也相对增加。

高光谱成像是一种结合成像和光谱的技术, 通过在二维检测器阵列的每个像素处收集光谱信息, 产生空间和光谱信息的三维数据集, 并称之为超立方体。

高光谱成像技术在公安刑侦领域的应用

在公安刑侦及司法鉴定领域，传统的光学成像方法只能记录被摄物的亮度分布信息，各种化学成分所蕴含的大量光学特性没有得到充分挖掘和利用，存在鉴定困难、复杂、以及有损检测。高光谱成像技术将图像与光谱技术相结合，可同时快速、准确地获取被检测物的图像信息和光谱信息，使得光谱成像具有形态检验和成分检验双重作用。同时，凭借无损、检测速度快和不损害被测物的优点，被广泛应用于公安刑侦领域的物证搜索、无损取证和鉴定。

高光谱成像技术在精准农业领域的应用

目前随着土地资源的逐步减少，精准农业近年来发展迅速。利用LCTF高光谱成像技术及光谱分析，配合其它如北斗GPS/GIS等技术，可精确设定最佳耕作、播种、施肥、灌溉、喷药、收获时机等多种操作，变传统的粗放经营为精细生产。针对需求，部署利用无人机部署高光谱成像仪，用以长期、持续地进行农作物监测，自然灾害动态监测等的光谱图像数据采集，分析。

高光谱仪器能够实现农作物长势监测；农作物分类；播种面积监测和产量预报；农田土地资源调查、土壤侵蚀调查；自然灾害实时动态监测和损失评估；农业自然资源与环境的监测与评估。

高光谱成像技术在生物医学 领域的应用

高光谱成像能够同时获取待测物体的图像信息和光谱信息, 具有图谱合一的优势。利用高光谱（简称：HSI)对组织进行检测时, 光能够穿透生物组织一定的厚度。由于生物组织结构的不均一性, 光在各个方向发生散射, 而血红蛋白、黑色素和水会吸收不同波长的光, 因此, 不同组织或器官的反射光谱取决于自身的生物化学和组织学特性, 这就为鉴别正常组织和癌变组织提供了强有力的依据。图像中每个像素的光谱特征使HSI技术能够识别各种病理状况。在非侵入性癌症检测、糖尿病足溃疡、心脏和循环系统病理学及其他疾病检测、手术指导等方面发挥了重要作用。

到目前为止, 组织病理学仍然是各种癌症诊断的金标准, 但是, 这种方法对人体损伤较大且成本较高, 最终的诊断结果仍取决于病理学专家的主观判断, 难免会存在一定的片面性。癌变过程往往伴随着组织结构在细胞和亚细胞水平上的变化, 这些组织内部结构和生物化学成分变化是癌症早期诊断非常重要的标识信号。HSI将成像技术和光谱技术相结合, 使得利用HSI技术能够同时获得实验对象的化学和物理特征, 并具有良好的空间分辨率, 在不同器官的癌症诊断方面具有很大的应用潜力。

高光谱成像技术在食品安全领域的应用

近年来,食品安全问题备受关注，人们对果蔬品质与安全标准的要求也越来越高，已成为社会关注的热点。传统果蔬品质检测方法如化学法、高效液相色谱法、质谱分析法等通常对待测物具有破坏性，且检测速度慢。高光谱成像技术将图像与光谱技术相结合，可同时快速、准确地获取被测食品的图像信息和光谱信息,凭借无损、检测速度快和不损害被测食品的优点，实现食品品质和质量的快速、高效检测，使得其在食品安全检测中有着极为广泛的应用。

高光谱成像技术在文物保护领域 的应用

很多文物古迹，都经历千百年时间，其表面多少都有一些损伤、风化或颜料的脱落、文字的消失以及不同程度的腐蚀，有不可复原性，且很难承受接触式检测带来地损伤和破坏，这对文物受损程度的评判、掩盖信息的发现和修复带来了巨大地阻碍。

高光谱凭借无损、无接触，且拥有可捕获物质的“指纹光谱”这一特性，在文物被掩盖信息的发现上和文物修复过程中发挥着越来越重要的作用。高光谱图像是将成像技术和光谱技术相结合的多维信息检测技术，其特点在于极高的光谱分辨率和空间分辨率，只要被测物质留有微弱的信号，我们都可以根据光谱特征将其探测出来、并标明在什么位置。

高光谱成像技术在地物监测领域的应用

近年来，物候观测与研究的领域不断拓展，气候变化、土地利用和生物多样性等成为观测与研究的重要领域。高光谱成像技术结合了光学成像与光谱分析，在植物物候遥感观测方面已发挥重要作用。随着高光谱成像技术的发展，具有高空间分辨、高光谱分辨能力的的微小型LCTF高光谱成像技术日趋成熟。利用抵近观测的方式，可以获取植物物候的持续的高光谱图像数据；利用计算机网络，可以把物候高光谱成像观测从单一站点扩展到区域、全国乃至全球范围。 

高光谱仪器介绍

本研究应用了400-1000nm的高光谱相机，可采用广东赛斯拜克SineSpec科技有限公司产品SP130M进行相关研究。光谱范围在400-1000nm，波长分辨率优于2.5nm，可达1200个光谱通道。采集速度全谱段可达128FPS，波段选择后最高3300Hz（支持多区域波段选择）。

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