高光譜成像技術是將光譜技術和多個成像技術結合所產(chǎn)生的一種新興無損檢測技術，該技術可以獲得樣本的圖像信息和光譜信息，具有圖譜合一的特點，目前以廣泛的應用于不同的行業(yè)。本文對高光譜技術的發(fā)展、特點及應用做了介紹，感興趣的朋友可以了解一下！

高光譜成像技術的發(fā)展：

光譜成像技術是一門綜合技術，集光學、光譜學、精密儀器、微弱信號檢測、計算機技術、信息處理技術于一體，光譜成像技術是光譜技術和成像技術的有機結合，它能夠在電磁波譜的紫外、可見光、近紅外、中紅外和遠紅外區(qū)域，獲取大量很窄且光譜連續(xù)的圖像數(shù)據(jù)，其中圖像中的每個像元可以提取出一條完整而連續(xù)的光譜曲線。鑒于光譜成像儀可以同時獲取同一目標的光譜和空間信息，直接反應觀測目標的空間和光譜特征，揭示觀測目標的物質(zhì)成分，因此光譜成像技術具有極高的應用價值。

通常認為，光譜成像技術的興起出現(xiàn)于20世紀80年代，其標志是世界上第一臺成像光譜儀由美國的噴氣推進實驗室研制成功。它被稱為AIS，它采用了32×32的碲鎘汞混成焦平面器件，通過光柵的擺動，在0.9～2.4um紅外波段內(nèi)獲取128個波段的數(shù)據(jù)。根據(jù)傳感器的光譜分辨率的不同，光譜成像技術分為多光譜成像、高光譜成像和超光譜成像。光譜成像技術最初主要用于遙感領域，通常也有不同的命名，如成像光譜學（Imaging Spectroscopy）、高光譜遙感（Hyperspectral Remote Sensing）以及成像測譜術（Imaging Spectrometry）。隨著光學、計算機和精密儀器等科學技術的不斷發(fā)展，光譜成像技術也取得了巨大的進步。

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(chǎn)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?qū)Υ郎y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(xù)窄波段，其具體的分辨率在通常情況下＜10nm。連續(xù)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(nèi)外品質(zhì)，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(shù)據(jù)量比較大、冗余信息比較多、數(shù)據(jù)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。

高光譜成像技術的應用：

光譜成像技術作為一門近三十年內(nèi)興起的新興的綜合技術，廣泛應用于海洋研究、大氣探測、植被研究、地質(zhì)研究、生物醫(yī)學、農(nóng)畜產(chǎn)品品質(zhì)檢測以及文物鑒定保護等多個領域，下面將分別闡述光譜成像技術在這些領域的應用情況。

1、海洋研究中的應用

隨著光譜成像技術的不斷發(fā)展，成像光譜儀的分辨率也在不斷提高目前已達到納米級別，因此可以利用光譜成像儀去檢測海洋和湖泊的水質(zhì)，“海洋窗口”是指450～600nm的藍光至黃光波段，利用這個波段可以很好的觀測海洋和湖泊中浮游生物、沉積性懸浮物、葉綠素分布等情況。

2、大氣探測中的應用

光譜成像技術在大氣探測中的應用主要分為兩個方面：一方面，檢測大氣中溫室氣體的含量，如二氧化碳、臭氧及污染氣體；另一方面，確定大氣溫度和水汽垂直分布的情況，進行大氣過程研究和地球表面成分分析等。大氣探測對光譜成像儀的光譜分辨率要求較高，通常采用超光譜成像儀。

3、植被研究中的應用

利用高光譜數(shù)據(jù)可以分析得到植物葉子和植冠中的化學成分，通過觀測這些化學成分的變化，從而監(jiān)測大氣和環(huán)境的變化引起的植物功能變化。

4、地質(zhì)研究中的應用

光譜成像技術最初被應用于礦物探測、巖礦識別、油氣滲漏監(jiān)測和礦產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測，這也是最初高光譜遙感應用的最成功的領域。

5、生物醫(yī)學中的應用

隨著基因醫(yī)學、分子生物學等生物醫(yī)學領域的快速發(fā)展，對分析檢測也提出更高的要求，不再滿足于傳統(tǒng)的定性和定量分析，“綜合形態(tài)分析”的概念于1999年在匹茲堡化學與光譜學會議上被提出。綜合形態(tài)分析要求提供觀測樣本中的生化成分或者化學成分的定量分布影像以及其變化信息。光譜成像技術可以滿足綜合形態(tài)分析、定性和定量等要求，因此具有極大的學術價值和應用價值，在生物醫(yī)學的各個領域有廣泛的應用前景。

6、農(nóng)畜產(chǎn)品品質(zhì)檢測中的應用

從二十一世紀初開始，光譜成像技術在農(nóng)畜產(chǎn)品品質(zhì)檢測領域顯現(xiàn)出了巨大的潛力，尤其是在對農(nóng)產(chǎn)品的內(nèi)外品質(zhì)檢測方面，光譜成像技術在農(nóng)畜產(chǎn)品品質(zhì)檢測的研究中，主要是對蘋果品質(zhì)的檢測，例如表皮污染、硬度、糖度、缺陷以及可溶性固體物方面的檢測，其次是小麥和黃瓜品質(zhì)的檢測，以及雞肉表面污染的檢測。其他檢測對象包括：馬鈴薯、柑橘、豬肉、梨子、蘑菇等等。通過高光譜數(shù)據(jù)提取農(nóng)產(chǎn)品表面顏色、結構以及組分的信息，同時獲取對象內(nèi)部的一些信息，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的預測。

7、文物鑒定保護中應用

不同的文物具有不同的分子結構和年代特征，因此在一定的光譜波段范圍有不同的自然發(fā)光光譜、吸收光譜、散射光譜、受激發(fā)射光譜的特性，不同的文物由于具有不同的分子結構特征和年代特征都具有各自的特征波長，將這些特征波長作為檢測和鑒定文物的指紋。光譜成像技術可以獲得檢測和鑒定文物的指紋，并給出一定光譜波段范圍的光譜圖像。