高光譜成像儀作為精密的光學(xué)儀器，它將光譜技術(shù)和圖像技術(shù)融合，不僅可以獲得待測(cè)物的空間信息，而且還可以獲得圖像各個(gè)像素點(diǎn)的光譜信息產(chǎn)生光譜圖像，具有圖譜合一的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于色差檢測(cè)、食品檢測(cè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、文物保護(hù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。本文對(duì)高光譜成像儀的成像原理及光譜信息數(shù)據(jù)的處理方法做了介紹，感興趣的朋友可以了解一下！

高光譜成像儀的成像原理：

高光譜圖像是一系列光波波長(zhǎng)處的光學(xué)圖像，其分辨率介于多光譜圖像和超光譜圖像之間，通常可達(dá)0.6-3nm。其測(cè)量光譜范圍可在紫外（200-400nm）、可見(jiàn)光（400-760nm）和近紅外區(qū)域（760-2500nm）。

高光譜圖像的采集方式包括逐點(diǎn)掃描、線推掃和面幀掃描。其中，線推掃是應(yīng)用最多的高光譜圖像獲取方式。在線推掃過(guò)程中，每個(gè)掃描位置獲得窄帶空間位置上多個(gè)像素點(diǎn)的光譜圖像，對(duì)多個(gè)窄帶空間的光譜圖像進(jìn)行拼接，可獲得樣本的完整高光譜圖像。高光譜圖像又稱為數(shù)據(jù)立方體，其中的二維表示圖像像素的坐標(biāo)（x和y），第三維代表波長(zhǎng)，在數(shù)據(jù)立方體中，每個(gè)波長(zhǎng)下都對(duì)應(yīng)樣本的圖像，如下圖所示。

根據(jù)高光譜成像系統(tǒng)配置方式的不同，可獲取4種類型的高光譜圖像，分別是：反射圖像、散射圖像、透射圖像以及熒光圖像。目前，高光譜反射圖像是應(yīng)用研究的重點(diǎn)。

一個(gè)典型的推掃式高光譜成像系統(tǒng)如下圖所示。它主要由成像光譜儀、鏡頭、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、光源和載物臺(tái)等組成。其中成像光譜儀的分光部件為光柵，載物臺(tái)則由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)作勻速移動(dòng)。

高光譜成像儀圖譜數(shù)據(jù)處理方法：

高光譜圖像由于既包含光譜信息，又包括圖像信息，因此高光譜圖像數(shù)據(jù)分析方法很多。這里以歸納高光譜圖像數(shù)據(jù)的處理為例，介紹高光譜成像儀圖譜數(shù)據(jù)處理方法。

第1步，高光譜圖像的校正和預(yù)處理。原始高光譜數(shù)據(jù)是光子強(qiáng)度信息，需進(jìn)行黑白板校正獲取相對(duì)反射率。由于高光譜圖像通常在光譜波段范圍的首尾端信噪比較低，所以黑白板校正后的高光譜圖像需要進(jìn)行預(yù)處理以剔除這些噪聲較大的部分。此外，由于高光譜數(shù)據(jù)量較大，對(duì)于一些無(wú)用部分可通過(guò)裁剪等方法減少高光譜圖像數(shù)據(jù)。

第2步，高光譜圖像的降維。在圖像維，可根據(jù)待測(cè)物的光譜特性，直接提取反映待測(cè)對(duì)象品質(zhì)的一個(gè)或幾個(gè)波長(zhǎng)圖像；也可采用主成分分析、獨(dú)立成分分析法或最小噪聲分離法等獲取關(guān)鍵的特征圖像；還可在上述特征波段基礎(chǔ)上，采用波段比算法或者波段差算法或者二次差分算法計(jì)算特征圖像；在光譜維，可對(duì)研究對(duì)象中一定像素區(qū)域的光譜或所有像素的光譜進(jìn)行平均獲得平均光譜信息或偏差光譜信息。

第3步，品質(zhì)預(yù)測(cè)，目標(biāo)檢測(cè)及識(shí)別。在圖像維，可采用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行分割從而獲取目標(biāo)；在光譜維，可與化學(xué)計(jì)量學(xué)方法結(jié)合，建模預(yù)測(cè)分析待測(cè)物的品質(zhì)，或進(jìn)行判別分析。

第4步，目標(biāo)分類。根據(jù)得到的圖像特征或者光譜信息，采用模式識(shí)別方法分類目標(biāo)。

綜上所述，高光譜圖像數(shù)據(jù)的處理方法具有以下特點(diǎn)：

1）所用信息類型隨檢測(cè)目的的不同而改變。通常情況下，外部品質(zhì)檢測(cè)主要采用圖像信息，內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)則多采用光譜信息，而綜合品質(zhì)檢測(cè)則是兩種信息的結(jié)合。

2）雖然高光譜圖像信息豐富，但數(shù)據(jù)處理過(guò)程中的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法較為簡(jiǎn)單，預(yù)測(cè)和分類方法也大多是常規(guī)方法。

3）針對(duì)不容易分割的目標(biāo)，通常是光譜信息和圖像信息結(jié)合來(lái)進(jìn)行分割或提取目標(biāo)。