什么是高光譜成像技術(shù)？高光譜成像技術(shù)融合了光譜技術(shù)和圖像技術(shù)，作為一種新興且發(fā)展迅速的光電檢測(cè)融合技術(shù)，它兼具光譜分辨能力和圖像分辨能力。那么，高光譜成像技術(shù)有何具體的應(yīng)用？本文對(duì)高光譜成像技術(shù)的應(yīng)用做了介紹。

什么是高光譜成像技術(shù)？

高光譜成像技術(shù)融合了光譜技術(shù)和圖像技術(shù)，作為一種新興且發(fā)展迅速的光電檢測(cè)融合技術(shù)，它兼具光譜分辨能力和圖像分辨能力。光譜信息反映了樣品內(nèi)部的信息，圖像信息則反映了樣品外部的信息，在獲取待測(cè)樣品指標(biāo)的同時(shí)保留了其原始的理化性質(zhì)，并且能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法的不足，做到對(duì)樣品的準(zhǔn)確、無(wú)損、快速檢測(cè)。

通過(guò)高光譜成像技術(shù)獲取的圖像數(shù)據(jù)在可見(jiàn)光和近紅外區(qū)域可達(dá)幾十到數(shù)百個(gè)波段，光譜分辨率可達(dá)納米級(jí)別，因而具備了探測(cè)出樣品精細(xì)光譜的能力，能夠探測(cè)到在寬波段中無(wú)法探測(cè)到的光譜特征。

高光譜成像技術(shù)原理是利用傳統(tǒng)的二維成像和光譜學(xué)的集成硬、軟件平臺(tái)獲得待測(cè)物每個(gè)像元的空間信息和光譜信息，通過(guò)對(duì)待測(cè)物空間位置信息和光譜信息的獲得，對(duì)這些獲得的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行定性與定量分析，進(jìn)而很好地反映待測(cè)物的綜合性狀與特性，因此高光譜成像技術(shù)是具備優(yōu)勢(shì)和潛在能力的技術(shù)。

應(yīng)用高光譜成像系統(tǒng)進(jìn)行待測(cè)物指標(biāo)檢測(cè)的主要步驟為準(zhǔn)備待測(cè)樣品、采集高光譜圖像、進(jìn)行光譜曲線分析處理、建模分析與指標(biāo)預(yù)測(cè)。高光譜成像系統(tǒng)主要由光譜儀、光源、電荷耦合元件（CCD）相機(jī)和計(jì)算機(jī)構(gòu)成，示意簡(jiǎn)圖如下圖所示。

高光譜成像技術(shù)的具體應(yīng)用：

高光譜成像技術(shù)的定義是在多光譜成像的基礎(chǔ)上，在紫外到近紅外（200-2500nm）的光譜范圍內(nèi)，利用成像光譜儀在光譜覆蓋范圍內(nèi)的數(shù)十或數(shù)百條光譜波段對(duì)目標(biāo)物體連續(xù)成像。按照光譜順序在不同的光譜波長(zhǎng)點(diǎn)都有一張二維空間圖像，即整個(gè)高光譜圖像其實(shí)是一個(gè)數(shù)據(jù)“立方體”。在獲得物體空間特征成像的同時(shí)，也獲得了被測(cè)物體的光譜信息。某些物體在光譜中留下獨(dú)特的“指紋”。這些“指紋”被稱為光譜特征，可用于識(shí)別被掃描物體的物質(zhì)組成。其具體應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面：

1.水體水質(zhì)調(diào)查

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類活動(dòng)的不斷擴(kuò)張，各種水體的水質(zhì)狀況越來(lái)越受到影響，水環(huán)境監(jiān)測(cè)已刻不容緩。20世紀(jì)70年代開(kāi)始，一些國(guó)家應(yīng)用航空遙感監(jiān)測(cè)海岸帶污染，應(yīng)用衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域性的海上溢油、赤潮事件。赤潮水體與正常水體的光譜曲線形狀在700nm附近有所不同，差異表現(xiàn)在是否存在中心波長(zhǎng)大于685nm的熒光峰，即赤潮水體的特征反射峰。寬光譜波段不能有效捕捉水體復(fù)雜的光譜特性，而高光譜遙感數(shù)據(jù)具有較高的空間分辨率和連續(xù)的光譜信息，能進(jìn)行有效的水體水色因子探測(cè)及提高光學(xué)水質(zhì)參數(shù)反，演精度。

2.大氣科學(xué)研究

高光譜遙感技術(shù)在大氣研究中的突出應(yīng)用是云蓋制圖、云頂高度與云層狀態(tài)參數(shù)估算、大氣水汽含量與分布估算、氣溶膠含量估計(jì)與大氣光學(xué)特性評(píng)價(jià)等。利用高光譜成像技術(shù)，在準(zhǔn)確探測(cè)大氣成分的基礎(chǔ)上，能提高天氣預(yù)報(bào)、災(zāi)害預(yù)警等的準(zhǔn)確性與可靠性。

3.巖礦探測(cè)

與多光譜遙感相比，高光譜遙感能夠以更高的光譜分辨率提取地物的診斷性光譜特征，這使得在多光譜遙感中不可區(qū)分的巖石和礦物光譜，可在高光譜遙感中得到精確識(shí)別。利用高光譜遙感識(shí)別巖礦，能夠直接提供同礦床成礦和蝕變相關(guān)的礦物種類、分布以及豐度信息?；谶@些巖礦信息，可以有效地圈定相關(guān)礦產(chǎn)資源的勘探范圍，實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源大面積快速勘查。

4.精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)

農(nóng)業(yè)攸關(guān)國(guó)計(jì)民生，農(nóng)業(yè)信息至關(guān)重要。高光譜遙感技術(shù)的發(fā)展為遙感信息定量應(yīng)用開(kāi)辟了新的領(lǐng)域，并逐漸成為新興的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)最重要的技術(shù)手段之一。高光譜遙感技術(shù)可以準(zhǔn)確獲得植物的精細(xì)光譜信息，建立監(jiān)測(cè)模型，從而能夠精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)作物的類型及播種面積、作物的生長(zhǎng)環(huán)境及病蟲(chóng)害、作物生理生化性狀、作物長(zhǎng)勢(shì)和產(chǎn)量品質(zhì)等，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的科學(xué)化管理和實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，為作物的科學(xué)管理和高產(chǎn)高效提供技術(shù)保障。

5.植被調(diào)查

高光譜可用來(lái)估計(jì)一些森林物理參數(shù)，如葉面積指數(shù)（LAI）、材積、密度、森林覆蓋度、樹(shù)高等。LAI是植被重要的生物物理參數(shù)和植物生態(tài)研究中的一個(gè)重要指標(biāo)，它與生物量、植被長(zhǎng)勢(shì)均密切相關(guān)。過(guò)去應(yīng)用遙感方法估計(jì)森林LAI的研究主要局限于一些相對(duì)較寬的波段的多光譜數(shù)據(jù)，精度不高，原因之一是寬波段高光譜遙感數(shù)據(jù)中往往混有相當(dāng)比例的非植物光譜，致使各種植被指數(shù)與LAI的關(guān)系不緊密，而這種非植物光譜在高光譜遙感中采用光譜微分技術(shù)可以得到有效抑制，從而提高遙感數(shù)據(jù)LAI的相關(guān)性。