什么是高光譜成像技術(shù)？高光譜成像技術(shù)是一種融合了圖像和光譜的檢測(cè)技術(shù)，能同時(shí)獲取待測(cè)物體的空間信息和光譜信息，因此該技術(shù)既可以直觀反映研究對(duì)象外觀紋理特征，又可以像光譜信息一樣間接反映物體內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)和品質(zhì)成分特性。本文對(duì)高光譜成像技術(shù)的具體應(yīng)用作了介紹，感興趣的朋友可以了解一下！
什么是高光譜成像技術(shù)？
高光譜成像技術(shù)，是一種新興的集數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和光譜攝制于一體的無接觸式檢測(cè)技術(shù)，具有高效、實(shí)時(shí)、在線等無損檢測(cè)特點(diǎn)。其中，待測(cè)物影像信息借助成像光譜儀完成提取，由于空間掃描由器件的固體自掃描完成，像元凝視時(shí)間長(zhǎng)，從而獲取圖像的空間分辨率較高，與此同時(shí)，成像光譜儀同步采集待測(cè)物物質(zhì)結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成對(duì)應(yīng)的光譜信息，高光譜成像系統(tǒng)在納米級(jí)的光譜分辨率上，以幾十至數(shù)百個(gè)波長(zhǎng)同時(shí)對(duì)物體連續(xù)成像，實(shí)現(xiàn)物體空間信息、光譜信息和光強(qiáng)度信息的同步獲取，從而構(gòu)建三維數(shù)據(jù)空間體。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、近紅外和中紅外區(qū)域，所獲波段信息量大、分辨率高、連續(xù)性強(qiáng)，可為待測(cè)物屬性分析與判斷提供依據(jù)。在既定光源條件下，樣品經(jīng)成像光譜儀采集光譜數(shù)據(jù)后傳輸?shù)絇C機(jī)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)采集部位可由移動(dòng)平臺(tái)控制實(shí)現(xiàn)。
通常，高光譜成像技術(shù)對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物的成功反演大致需要2個(gè)階段，即光譜圖像信息前處理和提取信息與目標(biāo)產(chǎn)物擬合預(yù)測(cè)。其中，前者包含圖像預(yù)處理技術(shù)、切趾處理技術(shù)、光譜復(fù)原技術(shù)、相位校正技術(shù)、光譜定標(biāo)技術(shù)等，后者可通過主成分分析、灰度共生矩陣等方法提取特征波段變量作為輸入變量，然后結(jié)合支持向量機(jī)、偏最小二乘法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊邏輯等算法構(gòu)建預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)變量的成功反演。
高光譜成像技術(shù)的具體應(yīng)用：
1.在生態(tài)資源領(lǐng)域的應(yīng)用
在生態(tài)資源領(lǐng)域，高光譜成像技術(shù)與遙感技術(shù)的結(jié)合，以高精度、高效率的優(yōu)勢(shì)可以實(shí)現(xiàn)植被覆蓋勘探與識(shí)別、地表生物數(shù)量估計(jì)、大氣污染狀況評(píng)估、地質(zhì)環(huán)境污染動(dòng)態(tài)勘測(cè)等。在水質(zhì)污染情況檢測(cè)中，高光譜成像技術(shù)能根據(jù)水資源中含有不同有機(jī)物所反映在圖譜中的波段變化，根據(jù)光譜特征的相關(guān)性與差異性評(píng)判水質(zhì)污染狀況。還能通過空間信息、輻射強(qiáng)度分布情況判斷水資源中污染物的探測(cè)、水溫實(shí)時(shí)監(jiān)控等。同理，在地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查工作中，通過捕獲的空間信息、光譜信息、輻射強(qiáng)度信息實(shí)現(xiàn)地質(zhì)礦產(chǎn)資源的識(shí)別與分布情況。
2.在軍事航天領(lǐng)域的應(yīng)用
在軍事航天領(lǐng)域，高光譜成像技術(shù)主要應(yīng)用于軍事偵查、探測(cè)目標(biāo)的偽裝性、欺騙性，發(fā)覺隱藏目標(biāo)等方面。通過比對(duì)偽裝目標(biāo)與樣本材料的譜圖差異性分辨真假，顯示遮擋物體與環(huán)境之間的光譜特征的差異實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的揭露，達(dá)到反欺詐的效果。除此之外，高光譜成像技術(shù)正朝向天文行星探測(cè)領(lǐng)域發(fā)展，作為航空探測(cè)儀器成功搭載在中國(guó)首顆繞月人造衛(wèi)星中。
3.在農(nóng)業(yè)食品領(lǐng)域的應(yīng)用
在農(nóng)業(yè)食品領(lǐng)域，高光譜成像技術(shù)能在檢測(cè)目標(biāo)物的外部特征同時(shí)又能探測(cè)內(nèi)部品質(zhì)與安全，在農(nóng)業(yè)監(jiān)控與食品安全領(lǐng)域取得了較好的檢測(cè)結(jié)果。高光譜成像技術(shù)的優(yōu)勢(shì)能貼合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與食品制造的待測(cè)量龐大和無損檢驗(yàn)的要求，在不影響外形、不破壞結(jié)構(gòu)的非接觸檢測(cè)下，快速、準(zhǔn)確、高效的對(duì)農(nóng)藥殘留、農(nóng)產(chǎn)物優(yōu)劣、食品腐敗等問題大批量檢驗(yàn)。
4.在醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域的應(yīng)用
在醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域，高光譜成像技術(shù)通過對(duì)正常組織與器官的光譜特征與病變組織、器官相對(duì)比，對(duì)機(jī)體健康狀況進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估，因其具備“信息三合一”的優(yōu)勢(shì)還能應(yīng)用于臨床方面，高靈敏度、高特異性的同時(shí)判斷人體組織病變情況與分布位置，對(duì)于各類臨床手術(shù)具有實(shí)質(zhì)性的指導(dǎo)作用。高光譜成像技術(shù)不僅能捕獲目標(biāo)物的物理信息與化學(xué)信息，還能達(dá)到非破壞性實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在推動(dòng)醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域的發(fā)展中卓有成效。
5.在文物保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用
在文物保護(hù)領(lǐng)域，高光譜成像技術(shù)相較于多光譜能在更精細(xì)的波段范圍成像，豐富了數(shù)據(jù)信息，提高了光譜、空間的分辨率，對(duì)待測(cè)物體進(jìn)行無損檢測(cè)為歷史文物的鑒定工作提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。在國(guó)外，多用于文物的奠定分析，在國(guó)內(nèi)，高光譜成像技術(shù)在考古與文物藝術(shù)品保存中得到廣泛應(yīng)用。
