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(xué)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(xì)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(jī)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(dāng)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(guān)重要，因為高光譜成像是由一組空間圖像構(gòu)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(jìn)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(xì)，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(shù)中的每一種以及介于兩者之間的所有技術(shù)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(yīng)用

高光譜成像的一個假設(shè)缺點是它的采集速度慢，而且設(shè)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(jìn)展。當(dāng)今高光譜相機(jī)的常見應(yīng)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(hù)；

藝術(shù)：其中反射率信息可以協(xié)助保護(hù)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(guān)的信息，作為高級質(zhì)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(dǎo)手術(shù)；

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(xué)威脅；

科學(xué)：在不斷增長的橫截面領(lǐng)域具有幾乎無限的用途。