高光譜成像(Hyperspectral Imaging,簡稱 HSI)是一種同時獲取目標(biāo)空間圖像信息和連續(xù)精細(xì)光譜信息的先進(jìn)成像技術(shù)。以SHIS凝視型高光譜相機為例,它將光線分解為數(shù)百個窄而連續(xù)的波段(如400~1000nm范圍內(nèi)256個波段),為每個像素生成一條完整的光譜曲線。
與傳統(tǒng)相機只能捕捉紅綠藍(lán)三個寬波段不同,高光譜成像的核心在于其獨特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),它生成一個三維數(shù)據(jù)立方體,其中x和y軸代表圖像的空間位置,而z軸則代表光譜維度,記錄了每個像素在不同波長下的反射強度形成了豐富的光譜信息層。
高光譜成像的強大之處在于每種物質(zhì)都具有獨特的光譜特征,就像人類的指紋一樣,植被在近紅外波段有強烈反射,水體在藍(lán)綠光區(qū)域表現(xiàn)出強吸收特性,而土壤在紅光區(qū)域有明顯特征,通過分析這些光譜指紋,我們可以準(zhǔn)確識別和區(qū)分不同的物質(zhì)。
高光譜成像還分不同的技術(shù)路線,有凝視型、推掃型和快照型,應(yīng)用不用技術(shù)路線對應(yīng)的產(chǎn)品也不同。凝視型高光譜成像是利用LCTF,在設(shè)定波長范圍內(nèi),對入射光進(jìn)行連續(xù)細(xì)分窄波段分光,對每個波段進(jìn)行高分辨率的二維面陣成像,從而獲得完整的高光譜圖像序列。代表產(chǎn)品有(中達(dá)瑞和)SHIS系列高光譜相機。
推掃式高光譜成像采用光柵分光,在設(shè)定波長范圍內(nèi),對狹縫入射光進(jìn)行超高分辨率光譜采集,然后利用推掃運動,對物體進(jìn)行空間掃描成像,從而獲得完整的高光譜圖像序列。代表產(chǎn)品有(中達(dá)瑞和)VIX系列高光譜相機。
高光譜成像技術(shù)憑借其強大的物質(zhì)識別能力在眾多領(lǐng)域都有重要應(yīng)用,在遙感監(jiān)測中用于環(huán)境變化追蹤,在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中進(jìn)行作物健康診斷,在食品安全領(lǐng)域進(jìn)行品質(zhì)檢測,在礦產(chǎn)勘探中識別礦物成分,在醫(yī)學(xué)診斷中檢測組織病變,這些應(yīng)用充分展現(xiàn)了高光譜成像技術(shù)的巨大價值。
審核編輯 黃宇
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