高光谱成像仪的特点及应用

物质的光谱是有特征的，不同的物质有不同的光谱。而高光谱成像仪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***维光谱信息。在探测物体空间特征的同时并对每个空间像元色散形成几十个到上百个波段带宽为10nm左右的连续光谱覆盖，进而获得高光谱像素的图象数据信息。***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***类，即色散型成像光谱仪。

高光谱成像仪有以下特点：

1.地物光谱信息类似持续，历经光谱仪透射率复建后，高光谱图象能够获得与被测物块类似的连续光谱透射率曲线图，并两者之间精确测量值相符合，将试验室被测物块的光谱分析实体模型运用于显像全过程。

2.大大提高了土层植物群落的检测和分辨工作能力，高光谱数据信息可以检验出具备确诊光谱仪消化吸收特点的化学物质，能够精确地域分土层植物群落、路面地板材质等种类。

3.地貌因素的归类和鉴别方法许多，图象归类不但能够选用贝叶斯分辨、决策树、神经元网络、支持向量机等系统识别方式 ，并且能够选用根据被检验目标光谱仪数据库查询的光谱仪配对方式 ，归类分辨特点不但能够运用光谱仪确诊特点，还可以利用特征选择和提取。

4.地形要素的定量和半定量分类与识别是可能的。在高光谱图像中可以估计出各种被探测物体的状态参数，大大提高了高定量成像分析的准确性和可靠性。

现如今，高光谱成像仪越来越受欢迎，***方面随着科技发展，相机越来越普及，而且拍照速度越来越快，普通相机只能拍摄目标的形影图像，而光谱成像仪可以看到各种物质的化学、物理性质；另***方面，先进的计算机技术可以提供足够的计算能力来处理大量数据，科学***可以利用高光谱数据准确识别材料，甚至那些看起来非常相似的材料。

高光谱成像仪在农业和工业等领域的研究中发展迅速，应用越来越广泛：

（***）农业应用

农业方面，不同植物有不同的光谱，相同植物在不同条件下光谱也有差异。例如，高光谱数据可以用来提醒农民作物胁迫或有害杂草的早期迹象，也可以确定成熟度。高光谱成像技术在***农业和环境监测方面的应用越来越多，相信在不久的将来，会有质的飞跃。

确定光谱特征和植物生理特征参数的准确关系是全球性研究的***部分，这使定点使用除草剂、农药和化肥成为可能。这种作物管理技术会让农民有针对性的定量使用化肥，节省成本，并获取更大收益。因此，高光谱技术获得了强有力的体制支撑，尤其是将食品供应和环境保护作为核心问题的亚洲。

（二）工业应用

相比于野外农田和森林，工厂的环境更好控制，因此，高光谱成像在工业分类中的应用越来越广泛。传统的视觉系统很难对具有相似颜色或外观的物体进行分类，如：很难辨别具有相似颜色的果实、蔬菜或与组成其可见颜色无关的材料（如再生塑料）。当标准视觉系统分类失败时，这些分类工作只能由人工来完成，价格高昂、速度慢、错误率高。

应用高光谱成像技术，不仅可以利用高光谱数据去分类相似颜色的材料，也可以获取可见光范围以外的信息，如红外和紫外波段。实时的机器学习算法可以秒***处理数据并且传递这些信息至机器人手臂或空气喷气机等执行器上完成分类工作。

（三）软件及算法

虽然相机的设计和制造在技术上具有挑战性，但研发出可靠的用于工业分类的高光谱分析软件是机遇，也是挑战。由于深层机器学习知识伴随在广泛应用的简单算法中，高光谱机器视觉软件开发是***项令人兴奋的科技领域。

（四）生物化学研究

可以利用拉曼光谱鉴别***些物质的种类，还可以测定分子的振动转动频率，定量地了解分子间作用力和分子内作用力的情况，并推断分子的对称性，几何形状、分子中原子的排列，计算热力学函数、研究振动***转动拉曼光谱和转动拉曼光谱，可以获得有关分子常数的数据。对非极性分子，因为它们没有吸收或发射的转动和振动光谱，振动转动能量和对称性等许多信息反映在散射谱中。对于极性分子，通过红外光谱固然可以获得不少分子参数的知识，但是为了得到更完备的资料，也往往同时观测红外光谱和拉曼光谱，它们具有不同的选择定则，可以提供互补的数据。现在这两种光谱相互配合已经成为有力的研究工具。

此外，高光谱成像仪在土地利用、农作物生长、分类，病虫害检测，海洋水色测量，城市规划、石油勘探、地芯地貌及军事目标识别等方面也有很广泛和深远的应用前景。除了以上实际应用外，高光谱成像仪还在自然科学的大部分领域都起着重要的作用。