高光譜成像儀能夠同時(shí)獲得目標(biāo)對(duì)象的光譜數(shù)據(jù)及二維圖像，光譜數(shù)據(jù)能夠用來(lái)分析其內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分，而其形狀、大小和顏色等外在特征以及表面缺陷情況都能通過(guò)圖像顯示出來(lái)，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、生物以及食品檢測(cè)中有著廣泛應(yīng)用。本文對(duì)高光譜成像儀的成像原理及高光譜圖像的特點(diǎn)做了分析。

高光譜成像儀的成像原理：

高光譜成像儀作為高光譜成像系統(tǒng)中最重要的部件，能快速有效地采集到目標(biāo)對(duì)象的光譜以及圖像信息，其結(jié)構(gòu)元素包括聚焦透鏡、光柵光譜儀、準(zhǔn)直透鏡以及面陣型CCD探測(cè)器等。在采集被測(cè)樣本高光譜圖像的過(guò)程中，高光譜成像儀可以吸收樣本反射和透射后反在X軸上的分光，面陣CCD探測(cè)器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)被測(cè)樣本進(jìn)行光學(xué)焦平面垂直（Z軸）方向上的橫向推掃，接著就可以獲得被測(cè)樣本在條狀空間中每個(gè)像素點(diǎn)上所含的任一單波長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的圖像信息。這時(shí)當(dāng)樣本在位移平臺(tái)上往返做橫向移動(dòng)時(shí)，面陣CCD探測(cè)器就像掃帚掃地一樣，掃出樣本每條各不相同的帶狀移動(dòng)軌跡，進(jìn)而完成樣本的縱向掃描，再將樣本在整個(gè)橫向移動(dòng)的過(guò)程中通過(guò)縱向掃描獲得的全部信息融合在一起，最終就能夠得到被測(cè)樣本的三維光譜圖像數(shù)據(jù)塊。其成像原理如下圖所示。

高光譜成像儀的高光譜圖像的特點(diǎn)：

高光譜成像技術(shù)綜合了機(jī)器視覺(jué)技術(shù)與近紅外光譜技術(shù)這兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，它與前者相比，二者都可以獲取被測(cè)物體的圖像信息，但高光譜成像技術(shù)還可以獲取物體的光譜信息；與后者相比，其優(yōu)勢(shì)在于獲得的是物體的“面”信息，而近紅外光譜技術(shù)則是對(duì)物體“點(diǎn)”信息的獲取。

高光譜成像技術(shù)通過(guò)高光譜成像儀采集所有連續(xù)單波段的圖像數(shù)據(jù)，在盡可能獲取更多的被測(cè)樣本信息的情況下，能夠更加高效準(zhǔn)確地檢測(cè)樣本的內(nèi)外部品質(zhì)。盡管它具有上述諸多優(yōu)勢(shì)，難以避免還是存在不少問(wèn)題，包括數(shù)據(jù)量大、存在較多冗余、樣品模型通用性差等。

高光譜圖像可被看作是一個(gè)擁有著三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（由兩個(gè)空間軸及一個(gè)波長(zhǎng)軸構(gòu)成）的立方塊。高光譜圖像是將每一個(gè)像素點(diǎn)（x，y）對(duì)應(yīng)的完整光譜I（λ）簇集到一起形成的三維數(shù)據(jù)立方體I（x，y，λ）。而另一種方法，設(shè)定單獨(dú)波段A對(duì)應(yīng)的單色圖像為I（x，y），也可以把所有的A和對(duì)應(yīng)的I（x，y）堆疊形成的三維立方體I（x，y，λ）作為高光譜圖像。由此可見，高光譜圖像的處理能夠從多種角度上進(jìn)行考慮：已知像素點(diǎn)坐標(biāo)（x，y），在光譜域I（λ）中進(jìn)行光譜的處理；已知波段入，在空間域I（x，y）中進(jìn)行圖像的處理；同時(shí)將空間域與光譜域作為對(duì)象進(jìn)行處理。