高光谱成像仪的原理|特点|应用

　　高光谱成像仪是新一代传感器。在20世纪80年代初正式开始研制。研制这类仪器的主要目的是想在获取大量地物目标窄波段连续光谱图像的同时，获得每个像元几乎连续的光谱数据，因而称为成像光谱仪。目前成像光谱仪主要应用于高光谱航空遥感。在航天遥感领域高光谱也开始应用。

　　高光谱成像技术是基于非常多窄波段的影像数据技术，它将成像技术与光谱技术相结合，探测目标的二维几何空间及一维光谱信息，获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据。目前高光谱成像技术发展迅速，常见的包括光栅分光、声光可调谐滤波分光、棱镜分光、芯片镀膜等。高光谱成像仪可以应用在食品安全、医学诊断、航天领域等领域。

　　高光谱图像：

　　所谓高光谱图像就是在光谱维度上进行了细致的分割，不仅仅是传统所谓的黑、白或者R、G、B的区别，而是在光谱维度上也有N个通道，例如：我们可以把400nm-1000nm分为300个通道。因此，通过高光谱设备获取到的是一个数据立方，不仅有图像的信息，并且在光谱维度上进行展开，结果不仅可以获得图像上每个点的光谱数据，还可以获得任一个谱段的影像信息。

　　高光谱成像技术是基于非常多窄波段的影像数据技术，它将成像技术与光谱技术相结合，探测目标的二维几何空间及一维光谱信息，获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据。目前高光谱成像技术发展迅速，常见的包括光栅分光、声光可调谐滤波分光、棱镜分光、芯片镀膜等。

　　高光谱遥感：

　　高光谱遥感是通过高光谱传感器探测物体反射的电磁波而获得地物目标的空间和频谱数据，成立于20世纪初期的测谱学就是它的基础。高光谱遥感的出现使得许多使用宽波段无法探查到的物体，更加容易被探测到，所以高光谱遥感的出现时成功的是革命性的。

　　高光谱成像仪是指用光谱分辨率很高的连续的光谱通道对地物持续遥感傅里叶红外光谱仪。高光谱成像仪同时具有高空间分辨，高光谱分辨和高瞬时

　　高光谱成像仪将成像技术和光谱技术结合在一起，在探测物体空间特征，同时对每个空间像元色散形成几十个到上百个波段带宽为10纳米左右的连续光谱覆盖。

　　高光谱成像仪由光学系统、信号前端处理盒、数据采集记录系统三部分组成，数据的回放及预处理，通过专用软件在高性能的微机上完成。传感器在可见光和近红外区域可达数百个波段，而且测量结果以图像方式表达出来，每一个像元均由光谱曲线组成，可以更为准确地获取目的物的反射光谱。

　　由于高光谱成像仪所获得的高光谱图像对图像中的每个像素都能提供一条几乎连续的光谱曲线，其在待测物上获得空间信息的同时又能获得比多光谱更为丰富光谱数据信息，这些数据信息可用来生成复杂模型，来进行判别、分类、识别图像中的材料。

　　高光谱成像仪通过高光谱成像获取待测物的高光谱图像，包含了待测物的丰富的空间、光谱和辐射三重信息。这些信息不仅表现了地物空间分布的影像特征，同时也可能以其中某一像元或像元组为目标获取它们的辐射强度以及光谱特征。辐射、影像与光谱是高光谱图像中的3个重要特征，这3个特征的有机结合就是高光谱图像。

　　高光谱成像仪的显示方式指的是屏幕显示是黑白显示还是伪彩显示。显示方式的性能不可以直接通过数值来体现，高光谱成像仪主要分为两种形式：黑白显示和伪彩显示。

　　高光谱成像仪黑白显示也不会对成像的精度有所影响，研究人员还是可以轻易的从图片的成像图分析出物体的位置，而伪彩显示因为在成像系统中添加了RGB通道，工作人员在观察的时候会更容易发现目标。

　　通过高光谱成像仪成像获取的地球表面图像包含了丰富的空间、辐射和光谱三重信息。高光谱遥感数据Z主要的特点是将传统的图像维与光谱维信息融合为一体，在获取地表空间图像的同时，得到每个地物的连续光谱信息，从而实现依据地物光谱特征的地物成份信息反演与地物识别。高光谱成像仪高

　　高光谱成像仪可以随时随地获得光谱影像，无论是在温室、野外或者实验室，能实时获得包括可见光波段及近红外波段的450-1000nm波长范围内的地物光谱数据。在军事伪装探测识别、资源调查、污染监测、极ng准农业等领域内，高光谱成像仪是非常理想的光谱成像系统，性能高、非常便携、坚固且性价比高。

　　高光谱成像仪的这个高字，主要是对应以前的一种叫多光谱成像光谱仪的仪器，从思路来说，其实高光谱和多光谱没什么区别，都是一脉相承要得到一个光谱成像数据立方。但是这个高字，还是会体现在更多的数据丰富程度上，如光谱范围更宽，谱段更多，光谱分辨率更高等等。在高光谱之后，还有超光谱成像，即在高光谱的基础上，更进一步丰富了数据量。

　　一般来说，高光谱成像仪主要有三种，棱镜分光，光栅分光和傅里叶变换型。其中，棱镜分光和光栅分光可以看成一类，即色散型成像光谱仪。目前国际上研制和运行的高光谱成像仪，除了QL星2号上的FTHSI采用傅里叶变换成像光谱仪以外，其他的高光谱成像仪均采用色散分光的方式。

　　高光谱成像仪三种分光应该说是各有优劣：

　　棱镜分光相对光栅分光来说，主要区别在于：①能量利用率较高;②光谱维只能校正到近似线性;③光谱分辨率低;④体积质量略高。

　　傅里叶变换分光相对光栅分光来说：①地面分辨率低;②定标难度高;③不能进行实时监测;④数据量较大。

　　高光谱分辨率成像光谱遥感起源于地质矿物识别填图研究，逐渐扩展为植被生态、海洋海岸水色、冰雪、土壤以及大气的研究中。

　　高光谱成像仪在高光谱测量的基础上，具有图谱合一的优势，可以精确到叶片一个点去探测作物不同胁迫症状的特征，又可获取受胁迫作物面状的光谱信息，点面结合综合地反映作物遭受胁迫的程度。所以，成像高光谱已经成为国内外研究的热点，学者们利用高光谱成像技术定量化地提取作物所遭受的各种胁迫特征，根据高分辨率的图像对叶