高光譜成像技術(shù)是成像技術(shù)和光譜技術(shù)的結(jié)合，成像系統(tǒng)獲取目標(biāo)物體的空間信息，光譜系統(tǒng)獲取波段信息，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)二維空間信息和光譜特征的獲取。本文對(duì)光譜成像技術(shù)的原理及光譜圖像采集方式做了介紹。

高光譜成像技術(shù)的原理：

高光譜成像技術(shù)是整個(gè)高光譜成像系統(tǒng)的核心，是成像技術(shù)和光譜技術(shù)的結(jié)合，成像系統(tǒng)獲取目標(biāo)物體的空間信息，光譜系統(tǒng)獲取波段信息，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)二維空間信息和光譜特征的獲取。

高光譜成像技術(shù)通常有兩種方法。一種是基于濾波片的高光譜成像系統(tǒng)。該方法采用的成像裝置主要由CCD攝像頭和濾波片組成。常用的濾波片有窄帶濾波片、液晶可調(diào)試濾鏡和聲光可調(diào)試濾鏡等。通過(guò)連續(xù)采集一系列波段下的目標(biāo)二維圖像，波段序列構(gòu)建成一個(gè)三維圖像立方體。

另一種是基于圖像光譜儀的高光譜圖像系統(tǒng)。成像裝置主要有透鏡、CCD攝像頭和圖像光譜儀組成，如下圖所示。

圖像光譜儀主要是棱鏡-光柵-棱鏡光學(xué)組件組成，同時(shí)配備有狹縫，滿足單一時(shí)間采集目標(biāo)的一條狹小條帶。這種圖像系統(tǒng)采用“掃帚式”成像方法：當(dāng)檢測(cè)對(duì)象以固定的速度垂直于成像儀光學(xué)主軸平面移動(dòng)，檢測(cè)對(duì)象中平行于狹縫的一條窄帶在光源的照射下，反射光束通過(guò)透鏡進(jìn)入成像譜儀，通過(guò)狹縫后進(jìn)入分光光學(xué)組件，被色散后投射到成像儀尾端的CCD敏感元件，從而使線狀反射窄帶光束經(jīng)過(guò)色散后形成連續(xù)波段光的多條平行反射強(qiáng)度線。因此，隨著檢測(cè)對(duì)象的移動(dòng)，對(duì)象表面的條帶被成像后存儲(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)目標(biāo)的成像。

高光譜成像技術(shù)光譜圖像采集方式：

成像后的圖像信息采用三種方式存儲(chǔ)。包括波段順序格式（BSQ，Band Sequential Format）、波段按像元交叉格式（BIP，Band Interleaved by Pixel Format）和波段按行交叉格式（BIL，Band Interleaved by Line Format），常用的方法是BIL格式。BIL格式存儲(chǔ)的圖像先存儲(chǔ)第一個(gè)波段的第一行空間信息，接著是第二個(gè)波段的第一行，然后是第三個(gè)波段的第一行，交叉存取直到波段總數(shù)完成為止。第二行空間信息按照以上類(lèi)似的方式交叉存取。這種格式提供了空間和波譜處理之間一種折衷方式，是大多數(shù)高光譜圖像處理軟件，如ENVI處理任務(wù)中所推薦的文件格式。

通常，高光譜圖像可以用3D立方體來(lái)表示，如下圖所示，其中的二維是圖像像素的坐標(biāo)信息（以x和y表示），第三維是波長(zhǎng)信息（以λ表示），一個(gè)分辨率為xxy像素的圖像檢測(cè)器陣列在λ個(gè)波長(zhǎng)處獲得的樣品圖像立方體是xxyxλ的三維數(shù)據(jù)立方體。對(duì)象每個(gè)像素在獨(dú)立波長(zhǎng)上的反射強(qiáng)度通過(guò)AD轉(zhuǎn)換為不同位數(shù)的二進(jìn)制數(shù)字信息。