高光谱成像系统的成像原理及光谱图像信息组成

高光谱成像系统因其获取的样本信息具有图谱合一的特定，因而在不同的行业有着广泛的应用，可以对样本进行定性与定量的分析。本文对高光谱成像系统的成像原理及光谱图像的做成做了简要的介绍。

高光谱成像系统的组成：

高光谱成像技术有许多特点，比如超多波段、波段窄、光谱范围广、高光谱分辨率以及最著名的图谱合一等。优点是采集到的图像不但信息丰富、量大，并且识别度高，数据描述模型也比较多。按照反射光谱的“指纹”效应，即不同物不同谱，同物必定同谱的原理来鉴别不同的物质。与传统的红外光谱相比，高光谱图像成像技术具有分辨率高、反应速度快的优点，且在测试过程中对测试样本要求较低，无需切片、处理，也许无发生接触。

完整的高光谱成像系统由硬件和软件构成。硬件包括高光谱传感器、数据采集存储设备、数据显示设备、反射镜扫描器（固

定位置扫描成像时用）、电源和安装支架等。软件包括相机参数设置软件、数据获取软件、光谱波段预选择工具、在扫描模式和机载模式之间切换时所使的参数设置工具、快速观看高光谱图像数据和快速进行辐射校正及创建辐射校准文件的工具等。

高光谱成像系统的成像原理：

高光谱成像通常为两种方法。第一种是基于滤波片的高光谱成像系统。该方法采用的成像装置由CCD摄像头和滤波片组成。通过连续采集一系列波段下的目标二维图像，波段序列构建成一个三维图像立方体。

第二种成像系统是基于图像光谱仪的高光谱成像系统。成像装置主要包括透镜、CCD摄像头和图像光谱仪，图像光谱仪主要由棱镜一光柵一棱镜光学组件构成，同时还要配备狭缝，即满足在单一时间内，采集目标物体的一条狭小条带。这种图像系统采用的成像方法是“扫帚式”，随着检测目标物体的移动，将表面的条带成像后进行存储，进而实现对整个目标的成像。

高光谱成像系统的光谱图像信息组成：

高光谱数据是三维的数据结构，因此可以称为高光谱数据立方或是高光谱立方。其中，空间图像维描述了目标物的二维空间特征，光谱维则描述了目标物每一像元的光谱曲线特征，通过这两者的结合实现了高光谱数据空间图像维和光谱维的联结。

1.空间图像维：高光谱数据与一般的图像相似。

2.光谱维：在光谱维中，每一像元都能得到一个连续的光谱曲线，基于光谱数据库的光谱匹配技术就能进行地物辨认。大多数的地物都具有典型的光谱波形特征，特别是光谱吸收特征。这些特征与地物的成分有很大的联系，这些特征参数的提取是高光谱数据的主要工作内容。