高光譜成像儀是光譜技術(shù)與圖像技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，不僅可以表征待測物空間分布的圖像特征，還能以其中某一像素或像素組為目標(biāo)獲取其光譜特性。它融合了二維成像和光譜技術(shù)，具有波段多、通道連續(xù)等特點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。本文對高光譜成像儀的原理及高光譜圖像數(shù)據(jù)的處理方法作了介紹。
高光譜成像儀的原理：
高光譜成像技術(shù)主要融合了光學(xué)、電子學(xué)、數(shù)字圖像信息處理及計算機(jī)科學(xué)等技術(shù)，是一門新興的無接觸式檢測技術(shù)。其產(chǎn)生的圖像具有空間和光譜兩重信息，每個像素都保存相應(yīng)位置的光譜信息，光譜也反映該特定像素的信息。
高光譜成像一般有兩種系統(tǒng)，一種是基于濾波片的成像系統(tǒng)，其裝置主要由電荷耦合器件（CCD）攝像頭和濾波片組成；另一種是基于圖像光譜儀的高光譜圖像系統(tǒng)，主要由CCD或相機(jī)、光譜儀、照明單元、采集控制及處理軟件組成。
圖像采集方式有逐點(diǎn)掃描式、線推掃式以及面幀式，目前應(yīng)用最多的是線推掃式。圖像光譜儀的核心部件是棱鏡-光柵-棱鏡（PCP）單元，并配備狹縫，在推掃過程中待測物一條窄帶的反射光束通過PGP單元，被色散后投射到CCD探測器上，物體表面的多個條帶光譜圖像進(jìn)行拼接，得到整個物體的高光譜圖像。
光譜采集方式包含反射、透射、散射和熒光4種模式、其光譜覆蓋面包含紫外、可見光、近紅外和巾紅外區(qū)域、所獲波段信息量大、分辨率高、連續(xù)性強(qiáng)，可為待測物體屬性分析與判斷提供依據(jù)。
高光譜成像儀高光譜圖像數(shù)據(jù)的處理分析方法：
高光譜圖像數(shù)據(jù)處理的分析方法有很多，一般的分析流程是對原始光譜信息進(jìn)行校正和預(yù)處理之后進(jìn)行降維，選擇關(guān)鍵信息建立模型進(jìn)行結(jié)果分析。
1.數(shù)據(jù)校正與預(yù)處理
原始高光譜圖像信息是能量值，圖像采集過程受外界光照強(qiáng)度、試樣表面陰影等的影響較大，需要通過白板校正獲取反射率或吸收率。圖像預(yù)處理可以通過直方圖均值化或主成分分析（PCA），常用的光譜信息預(yù)處理方法有平滑、求導(dǎo)、遺傳算法（GA）、歸化（NOR）、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量變換（SNV）和多元散射校正（MSC）等。經(jīng)過數(shù)據(jù)校正和預(yù)處理，有助于提高高光譜的信噪比以及實(shí)現(xiàn)原始光譜數(shù)據(jù)的挖掘。
2.數(shù)據(jù)降維
對于圖像信息，可以直接提取具有代表性的單一或幾個波長范圍內(nèi)的圖像，也可以采用主成分分析法、最小噪聲分離法（MNF）、獨(dú)立成分分析法（ICA）等獲取關(guān)鍵的主成分圖像，還可以采用波段比算法、差分算法等提取數(shù)個特征波長圖像，計算獲得新的圖像。對于光譜信息，可以以全部目標(biāo)像素或感興趣區(qū)域的像素光譜平均后獲得平均光譜信息，也可以提取每個像素的光譜信息用于像素分類分析。
3.模型建立與分析
使用圖像信息，可以采用各種圖像處理技術(shù)對圖像進(jìn)行分割獲取有效信息，提取相關(guān)特征參數(shù)建立模型。使用光譜信息，可以采用化學(xué)計量學(xué)方法如多元線性回歸（MLR）、主成分回歸（PCR）、偏最小二乘回歸（PLSR）、支持向量機(jī)（SVM）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）等，建立定性或定量分析模型。
