高光譜成像技術作為一種新型的無損檢測技術，在對樣品進行檢測時，不僅可以獲得樣品的光譜信息，還可以獲得樣品的圖像信息，因此，具有圖譜合一的特點。本文對高光譜成像技術的原理及特點做了介紹。

高光譜成像技術的原理：

高光譜成像儀在采集待檢測樣本的圖像數據時，每次只能采集待檢測樣本的一條線上的圖像，并且每個光譜成分能夠和線上的每個像素點對應起來。這樣形成的高光譜數據，就包含了三個維度，空間軸上的二維圖像信息和縱軸上的光譜信息。其成像原理圖如圖所示。

高光譜成像技術中成像光譜儀應用的是一個準直光學構造以及一個全息透射光柵。這種結構不僅有很高的衍射效率，而且能形成比較好的線性光譜。全息透射光柵是通過人造在兩塊玻璃粘板中間的DCG的上。DCG有很多有點，包括衍射效率比較高、色散比較低、多級衍射比較低以及不會產生鬼線，所以生產光學元件時很多時候都用這種材料。因為該全息光柵密封性，它可以承載很大的濕度、其溫度范圍可以從-20至120C并且能夠承受物理撞擊以及振動。經典物理學中，不同長度的光波在穿過狹縫等障礙物時，會出現不同程度的彎散，將其通過光柵并進行衍射，可以形成多條譜帶。即一維信息在通過鏡頭和狹縫后，光會因為波長不同而發生不同程度的彎散，讓一維圖像上的每個點，再讓每個點都通過光柵進行衍射分光，形成譜帶，照射到光譜探測器上，每個像素的位置信息和強度信息分別表征光譜和強度。一個像素點對應形成的一個譜段，一條線的信息可以對應一個譜面，所以在光譜探測器上的成像可以反映出空間一維圖像的光譜信息，將光譜信息進行機械推掃可以獲得空間的二維圖像，從而實現對平面中的圖像信息和光譜信息數據采集。

入光縫隙的寬度和光譜儀的線性色散能夠決定成像光譜儀的分辨率光，而光學系統的成像性能夠決定最小光譜分辨率。

高光譜成像過程為：隨著光譜相機掃描樣本形成一條線上的圖像（X軸），在此過程中，電控平臺是移動的，這樣探測器就能掃描出很多線狀的圖像（Y軸），由此就形成了一個二維的圖像信息。高光譜數據包含的是一個三維的數據立方體，在X軸和Y軸方向上形成一個二維圖像，在Z軸方向上是其光譜信息。

高光譜成像技術的特點：

將光譜技術和多個成像技術結合所產生的技術成為高光譜成像技術。高光譜成像技術不僅能夠得到樣品的光譜信息，還能夠對待測樣本的空間信息進一步獲取。樣本在全部波段下的信息可以通過每一個像素點進行獲取，同樣全部像素點的信息存在于高光譜的每一個波段之下。

成像光譜儀利用棱鏡-光柵-棱鏡（PGP）將可見-近紅外光分為上千個連續窄波段，其具體的分辨率在通常情況下＜10nm。連續窄波的圖像信息可以通過CCD相機進行獲取或捕捉，可以有效地判別樣品的內外品質，可以更加準確的檢測樣品。雖然可以捕獲樣品的大量信息，但是也存在很多難題，比如：數據量比較大、冗余信息比較多、數據處理難度大等不可避免的問題。

高光譜成像技術與計算機視覺技術、近紅外光譜技術相比，其主要特點是對于樣本“面”信息的獲得，而機器視覺技術獲得的只是樣本的一個圖像信息，近紅外獲得的是樣本的“點”信息，高光譜成像技術既能夠獲取樣本的光譜信息，并且能夠得到圖像的信息。

高光譜成像數據的特點：

高光譜遙感具有不同于傳統遙感的新特點，總結起來主要表現在：

（1）波段多。可以為每個像元提供幾十、數百甚至上千個波段；

（2）光譜范圍窄。波段范圍一般小于10nm；

（3）波段連續。有些傳感器可以在350～2500nm的太陽光譜范圍內提供幾乎連續的地物光譜；

（4）數據量大。隨著波段數的增加，數據量成指數增加；

（5）信息冗余增加。由于相鄰波段高度相關，冗余信息業相對增加。