高光谱成像技术的优点和应用领域

高光谱成像技术是一种将传统的二维成像技术和光谱技术结合在一起的技术。它可以同时提供目标物体的二维空间信息和一维光谱信息。这种技术具有很多优点，例如可以识别目标物体的空间位置，具备超多波段的光谱分辨率以及广泛的光谱范围，还可以将图像与光谱信息合并在一起。本文对几种光谱成像技术进行了简要总结。

高光谱成像技术的优点和应用领域

高光谱成像仪是一种用于获取物体或场景高光谱信息的仪器。它可以通过获取物体反射、辐射或散射的光谱数据来提取物体的光谱特征。这种仪器由传感器、光学系统和数据处理部分组成，能够捕捉到可见光和近红外光的光谱特征。高光谱成像仪主要应用于地球观测、环境监测、农业、军事等领域，能够提供详细的物体分类、识别和定量分析，具有广阔的应用前景。

高光谱成像技术是一种通过收集物体在可见光和红外光谱范围内的反射和辐射数据来获取更详细和全面的图像的方法。该技术利用分光仪收集到的连续光谱数据，可以解析出物体表面的细微变化，从而实现对物体不同特征的识别和区分。高光谱成像技术在农业、环境监测、地质勘探等领域具有广泛应用前景。

高光谱成像技术是近30年来发展起来的一门新兴技术，将传统的二维成像技术和一维光谱技术有机结合在一起，可以获得数据立方体的信息。该技术不仅可以获取目标物体的二维空间信息，还可以获取其一维光谱信息。它的光谱覆盖范围较窄，波段数在10~1000之间，光谱分辨率在10-2λ数量级内（大约10nm左右），并且它的多个光谱通道是连续的。因此，该技术具有一系列特点，如空间可识别性、超多波段（上百个波段）、高的光谱分辨率、光谱范围广（包括紫外、可见光、近红外、中红外以及热红外区域）以及图谱合一等。它的优势在于采集到的图像信息量丰富，识别度较高，并且具有多种数据描述模型。由于这些优势，该技术在发展初期就引起了广泛的关注，主要应用领域包括大气监测、食品和药品安全检测、精准农业、林业、海洋等水体检测，还可以用于军事、国防和国土安全等领域。

高光谱成像技术的类型

1.根据成像方式的差异分为

根据成像方式的差异，高光谱成像技术可以被分为扫描型和快照式两种。扫描型高光谱成像技术又可以被进一步细分为摆扫式、推扫式和凝采式三种。

1）高光谱成像技术的摆动扫描方式

这种技术也被称为点扫描式、挥扫式高光谱成像技术。它的扫描方法是逐点扫描。该设备的核心部件是线阵列光电探测器，其作用是接收目标在不同波长下的辐射能。通常，光学镜头安装在扫描仪前方，利用机械传动装置控制镜头的左右摆动，同时使飞行平台向前移动，以完成对地面目标的逐点扫描，从而获得多个窄波段连续光谱图像。

2）高光谱成像技术的推扫式

另一种名称是推扫式高光谱成像技术，它使用线性扫描方式。这种类型的仪器通过推动扫描来每次获取一行目标信息，因此不需要移动前方的探测部件。它采用二维面阵列探测器，其中一维用于接收和保存光谱信息，与之垂直的另一维是线性阵列，其作用是将目标物体在不同波长下的辐射能分散并聚焦。

3）高光谱成像技术应用于凝采式成像技术上。

这种技术也被称为凝视式高光谱成像技术，它采用颜色扫描的方式进行扫描。这种仪器通过颜色扫描的方式，每次获取一个波长下的目标信息。它利用单色器或电调谐滤波器在不同的光谱通道之间进行切换，从而实现探测器采集相应波长的目标物体的全部信息。

4）高光谱成像技术的快照式应用

这种成像方式无需扫描，可以一次性获取目标物体的全部信息，包括一维光谱信息。仪器系统内部没有移动部件或其他动态调节组件，具有强大的抗干扰能力和快速成像速度。因此，它适用于移动速度较快的目标物体，并可以实现实时监测的目的。

2.根据不同的分光原理

高光谱成像技术可以根据不同的分光原理分为几种类型，包括色散型、干涉型和计算层析型。

术是一种能够获取物体多波段光谱信息的图像技术。

高光谱成像技术主要分为色散棱镜型、衍射光栅型以及声光和液晶可调谐滤光片型（AOTF）等类型。色散型高光谱成像技术通过利用光栅、棱镜等色散元件将经过准直透镜准直的光线分散成连续分布的单色光，然后通过聚焦使光线汇聚到探测元件上，最终获得每个像素的强度。这种技术早期出现，原理结构简单，性能稳定，因此发展较为成熟。然而，由于系统内部的狭缝存在，光谱分辨率、能量利用率和信噪比很难提高，成为该技术进一步发展的瓶颈。

2）干预式高光谱成像技术

干涉型高光谱成像技术，又被称为傅立叶变换型高光谱成像技术。它主要包括傅里叶变换型（迈克尔逊干涉型、三角共路干涉型、双折射偏振干涉型）和液晶可调谐滤光片型（LCTF）等高光谱成像技术。干涉型高光谱成像技术将获取的干涉强度信息通过傅里叶变换转换成目标的光谱信息，属于间接光谱成像技术。相比起色散型高光谱成像仪，干涉型的高光谱成像仪具有多通道、高通量、高光谱分辨率和高信噪比等优点。

3）层析型高光谱成像技术的计算

计算层析型高光谱成像技术是一种新兴技术，随着计算机技术、探测器水平以及医学上断层扫描技术的发展而出现。当前该技术仍处于理论及方法研究阶段。该技术将计算机断层扫描技术应用到高光谱成像技术中，将目标图像的数据立方体视为三维物体，通过投影到一个或多个方向上的探测器上，再根据数据立方体与投影图像之间的关系，选择适合的重建算法以重构出目标的三维数据立方体。该技术的显著优点是具有全视场性，不仅能够保证较高的光通量和光能利用率，还能够快速精确获取目标物体的二维空间信息和一维光谱信息。