高光谱成像技术行业基础知识的介绍

今天小编为大家详细介绍高光谱成像技术行业基础知识，希望对高光谱成像技术感兴趣的朋友们有所帮助。

1.光谱学的基本定义

光谱学（Spectroscopy），是利用物质发射、吸收或反射的光、声或粒子的现象，来研究物质或能量的方法，一般定义为研究不同波长的电磁波和物质之间相互作用的学科。光谱学被频繁的用在物理和分析化学中，通过发射或吸收电磁波来鉴定物质。相互作用的图被称为频谱图，或者有时候被称为光学频谱。

光谱学是一个大学科，至今诞生已经有三百多年，近百年，与光谱相关的诺贝尔奖就有34次以上。光谱学相关的仪器、设备甚至智能硬件已经在我们日常生活中不可或缺。

由于光谱学分类和不同的技术路径非常多，包括傅里叶变换光谱学、拉曼光谱、荧光光谱、太赫兹、光谱仪等。

2.  光谱成像技术

光源发出包含各个频率（不同波长）的光，这些光照射到物体上，由于物体表面物质的物理性质导致一部分光被物体表面吸收，另一部分光被反射出去。其机理是物质内部不同的分子、原子和离子对应着不同特征分布的能级，在特定频率的波谱下产生跃迁，由此引起不同波长的光谱发射和吸收，从而产生不同的光谱特征。

在同样条件下，不同物质（对应不同的原子、分子或分子基团）的光谱特性具有唯一性和一些特性，依据这些特性就可以对被测物体进行分析。

传统光谱技术，都是通过待测物自发光或者与光源的相互作用而进行分析的物体的，从空间维度上看，传统光谱技术大多是针对一个单点位置，也就是单点的光谱仪。而光谱成像则是结合了光谱技术和成像技术，将光谱分辨能力和图形分辨能力相结合，造就了空间维度上的面光谱分析，也就是现在的多光谱成像和高光谱成像技术。

1.  多光谱与高光谱

光谱成像技术，其本质是充分利用了物质对不同电磁波谱的吸收或辐射特性，在普通的二维空间成像的基础上，增加了一维的光谱信息。成像光谱可以同时获取影像信息与像元的光谱信息，根据光谱分辨率不同介绍下多光谱成像、高光谱成像技术；

多光谱技术（Multispectral）：目标物波段数在3~30之间（通常大于等于3个）；

高光谱成像（Hypespectral）：目标物波段数在100~300之间，光谱分辨率一般会更精细。

高光谱成像是一种基于光谱分析的新技术。它收集数百幅不同波长的图像对于相同的空间区域。收集到的数据形成一个所谓的高光谱立方体，通常图像的横纵坐标分别表示光谱的波长和光谱强度。该数据立方体由沿着光谱轴的以一定光谱分辨率间隔的连续二维图像组成。

1.  多光谱或高光谱简单分类

（1）基于扫描方法（多次曝光），该方法还可分为3种形式：点扫描、线扫描、谱扫描；

（2）计算成像方法（单次曝光的高光谱成像）；

1.  高光谱与多光谱的区别

很多时候材料的反射率特征光谱相对于波长的变化可能非常复杂，而其他微小特征使用较粗糙的多光谱成像方法也有可能无法分辨。

1.  高光谱成像技术关键参数

对于多种多样的光谱成像技术如何评价和了解，可以重点关注空间分辨率、光谱分辨率和准确率等主要参数，同时关注成像系统在设计复杂度、物理尺寸、系统成本、可量产性、可靠性方面。总的来说，就是得到一个稳定可靠的高质量的光谱图像，是整个技术的核心。下面简单介绍几个关键参数。

空间分辨率（Spatial Resolution）

空间分辨率是评价传感器性能和图像的重要指标之一，同样也是用成像像素来表征空间分辨率，一般分辨率在一百万以下。

审核编辑：符乾江