高光譜成像技術(shù)的成像原理是怎樣的？高光譜圖像技術(shù)的原理是利用物質(zhì)的發(fā)射光譜、吸收光譜或散射光譜特征對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性、定量分析，進(jìn)而或得待測(cè)物體的光譜信息和圖譜信息，以達(dá)到快速的無(wú)損檢測(cè)。那么，高光譜成像技術(shù)的光譜圖像有幾種各式？本文對(duì)高光譜成像技術(shù)的成像原理及光譜圖像數(shù)據(jù)格式類(lèi)型做了介紹。

高光譜成像技術(shù)的成像原理：

高光譜是利用很多窄的電磁波波段獲取物體有關(guān)數(shù)據(jù)的技術(shù)，它可在電磁波的紫外、可見(jiàn)光、近紅外、中紅外以至熱紅外區(qū)域，獲取許多非常窄且光譜連續(xù)的圖像數(shù)據(jù)，為每個(gè)像元提供數(shù)十至數(shù)百個(gè)窄波段（通常波段寬度<10nm）光譜信息，能產(chǎn)生一條完整而連續(xù)的光譜曲線(xiàn)。高光譜具有多波段、高分辨率和圖譜合一的特點(diǎn)，把二維圖像和光譜技術(shù)融為一體。

高光譜圖像可以用“三維數(shù)據(jù)塊”來(lái)形象地描述，如上圖所示，其中x和y表示二維平面像素信息坐標(biāo)軸，第三維（λ軸）是波長(zhǎng)信息坐標(biāo)軸。高光譜圖像集樣本的圖像信息與光譜信息于一身。圖像信息可以反映樣本的大小、形狀、缺陷等外部品質(zhì)特征，由于成分不同對(duì)光譜吸收也不同，在某個(gè)特定波長(zhǎng)下圖像對(duì)某個(gè)缺陷會(huì)有較顯著的反映，而光譜信息能充分反映樣品內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分的差異。這些特點(diǎn)決定了高光譜圖像技術(shù)在產(chǎn)品內(nèi)外部品質(zhì)的檢測(cè)方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

高光譜成像技術(shù)的檢測(cè)裝置：

由光源、光譜成像儀、圖像采集卡、暗箱、數(shù)據(jù)處理軟件、位移平臺(tái)等構(gòu)成了典型的高光譜成像裝置。高光譜成像技術(shù)有基于濾片的高光譜成像系統(tǒng)和基于圖像光譜儀的高光譜圖像系統(tǒng)兩種。下圖為高光譜成像裝置示意圖。

高光譜成像技術(shù)光譜圖像的格式介紹：

高光譜遙感圖像主要有3種格式：BSQ格式（Band sequential），BIP格式（Band interleaved by pixel）和BIL格式（Band interleaved by line）。BSQ的格式數(shù)據(jù)按波段順序存儲(chǔ)，BIP格式的數(shù)據(jù)按像素點(diǎn)序列存儲(chǔ)，BIL格式的數(shù)據(jù)波段按行交叉存儲(chǔ)。雖然不同格式的圖像有不同的存儲(chǔ)方式，但是這些高光譜圖像都有共同的突出特點(diǎn)。

1.高光譜分辨率

通常的多光譜遙感器的專(zhuān)題制圖儀傳感器和地球觀測(cè)系統(tǒng)的高分辨率可見(jiàn)光傳感器只有幾個(gè)波段，其光譜分辨率一般大于100 nm。高光譜成像光譜儀能獲得整個(gè)可見(jiàn)光、近紅外、短波紅外、熱紅外波段的多而窄的連續(xù)光譜，波段數(shù)多至幾十甚至數(shù)百個(gè)，光譜分辨率可達(dá)納米級(jí)。

2.圖譜合一

高光譜圖像獲取表圖像包含了豐富的空間和光譜信息，在可見(jiàn)光和反射紅外區(qū)，其光譜分辨率通常在100nm量級(jí)。而成像光譜儀的光譜波段較多，一般是幾十個(gè)或者幾百個(gè)，有的甚至高達(dá)上千個(gè)，而且這些光譜波段在成像范圍內(nèi)都是連續(xù)成像。因此，成像光譜儀能夠獲得地物在一定范圍內(nèi)連續(xù)的、精細(xì)的光譜曲線(xiàn)。

3.數(shù)據(jù)冗余度大

高光譜成像光譜儀雖然光譜波段多，光譜曲線(xiàn)連續(xù)且精細(xì)，但是同時(shí)也存在它不足的一面，其采樣間距一般都在納米級(jí)，造成了相鄰波段的高度的相關(guān)性，冗余度也隨之增加。

4.信噪比低

高光譜數(shù)據(jù)信噪比較低。隨著波段數(shù)目的增加，噪聲增加。然而，高光譜特征和分類(lèi)研究中主要存在以下兩個(gè)難點(diǎn)：一是高維使得計(jì)算速度受到很大影響，訓(xùn)練樣本的不足也會(huì)導(dǎo)致不好的分類(lèi)結(jié)果；二是波段間的強(qiáng)相關(guān)性增加了冗余性，如果不能有效處理，會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。