光譜成像系統(tǒng)是一種能夠在 UV、VIS、NIR 和 SWIR 光譜波段捕獲圖像數(shù)據(jù)的工具。光學器件通常會從 UV-VIS、VIS-NIR 或 SWIR 收集圖像數(shù)據(jù)。

高光譜成像 (HSI) 使用更廣泛的光譜來同時獲取成像和光譜數(shù)據(jù)。與簡單地將原色值分配給場景中每個像素的傳統(tǒng)系統(tǒng)不同，高光譜成像為每個像素收集詳細的光譜信息。

高光譜成像通過考慮光譜線的連續(xù)譜產(chǎn)生具有高分辨率的多光譜彩色圖像。感興趣的波長范圍取決于所使用的高光譜相機的類型，盡管大多數(shù)可以捕獲可見光、近紅外 (NIR)、短波紅外 (SWIR) 和中波紅外 (MIR) 光譜的連續(xù)波長，具有接近單納米 (nm) 的光譜分辨率。當光線照射到高光譜成像系統(tǒng)的平面陣列時，它會在極其寬廣、連續(xù)的波長范圍內(nèi)分解成許多光譜帶。

高光譜傳感器波長范圍的連續(xù)性至關重要，因為高光譜成像是由一組空間圖像構成的，每個空間圖像代表一個窄光譜帶。圖像分辨率取決于光譜通道的數(shù)量和每個通道之間的間隔或步長。以這種方式捕獲場景的全部興趣點會產(chǎn)生一個稱為超立方體的特征數(shù)據(jù)集;具有兩個空間維度和第三個光譜維度的三維圖像集。

高光譜超立方體的圖形表示

除了這些非常基本的工作原理之外，高光譜成像變得更加多樣化，有幾種不同的方法可用于對高光譜立方體進行采樣。空間掃描儀隨時間讀取光譜數(shù)據(jù)，速度緩慢但非常詳細，而快照成像儀使用焦平面陣列或凝視陣列來生成瞬時快照。這些技術中的每一種以及介于兩者之間的所有技術都提供了感興趣的電磁區(qū)域內(nèi)成像對象的獨特光譜指紋。

高光譜成像的應用

高光譜成像的一個假設缺點是它的采集速度慢，而且設備可能非常昂貴。然而，在提高高光譜系統(tǒng)的成本和適用性方面已經(jīng)取得了重大進展。當今高光譜相機的常見應用包括：

農(nóng)業(yè)：其中帶有紅外數(shù)據(jù)的光譜圖像可用于監(jiān)測殺蟲劑的覆蓋范圍、劑量或功效，以及支持作物健康維護；

藝術：其中反射率信息可以協(xié)助保護活動和無價文物的非破壞性研究；

工業(yè)：光譜數(shù)據(jù)可以提供與缺陷或異物相關的信息，作為高級質量保證和控制流程的一部分；

醫(yī)療：空間分辨光譜圖像可以協(xié)助疾病診斷并實現(xiàn)圖像引導手術；

軍事：主要用于偵察和監(jiān)視，盡管高光譜成像越來越多地用于消除生物和化學威脅；

科學：在不斷增長的橫截面領域具有幾乎無限的用途。