高光譜成像技術(shù)作為一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，它將圖像分析和光譜分析有機(jī)結(jié)合起來(lái)，圖像信息可以表現(xiàn)出樣品的外部品質(zhì)和特征，光譜信息則可以用來(lái)檢測(cè)樣品的內(nèi)部品質(zhì)，樣品的內(nèi)外部品質(zhì)信息可以完全反映出來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品內(nèi)外品質(zhì)的快速、無(wú)損檢測(cè)。本文對(duì)高光譜成像技術(shù)的組成及原理作了介紹，對(duì)此感興趣的朋友可以了解一下！

高光譜成像技術(shù)的組成：

高光譜成像系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分主要包括傳感器光學(xué)模塊、光源模塊、采樣模塊以及光譜數(shù)據(jù)采集平臺(tái)。

傳感器光學(xué)模塊由CCD陣列探測(cè)器、成像光譜儀和物鏡組成。成像光譜儀包括光柵型成像光譜儀和干涉型成像光譜儀兩種形式。其中，干涉型成像光譜儀由于需要極高的光學(xué)設(shè)計(jì)和裝校精度，因此現(xiàn)階段主要以光柵型成像光譜儀為主。光柵型成像光譜儀可分為透射光柵和衍射光柵兩種。CCD陣列探測(cè)器可分為線陣探測(cè)器和面陣探測(cè)器：線陣探測(cè)器經(jīng)過(guò)一次曝光獲得一維圖像；面陣探測(cè)器經(jīng)過(guò)一次曝光可獲得二維圖像，但價(jià)格較高。

光源模塊主要包括高功率鹵鎢燈線光源、電源控制以及光纖部分。

采樣部分包括可調(diào)速步進(jìn)電機(jī)和X-Z移動(dòng)載物平臺(tái)。

常用軟件有圖像采集軟件和分析處理軟件。

高光譜成像技術(shù)的原理：

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。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，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)在樣品內(nèi)外部品質(zhì)的檢測(cè)方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

高光譜圖像數(shù)據(jù)的特點(diǎn)：

1.高光譜分辨率

通常的多光譜遙感器的專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100nm。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。

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。