人看到的只是物體發(fā)出的光的一小部分

高光譜學(xué)(及其相關(guān)技術(shù)，多光譜學(xué)和超光譜學(xué))的用武之地，其基本思想是：鑒于物體實際上發(fā)射全光譜的光，其中大部分我們看不到，是否有可能“識別”“僅僅通過觀察這個光譜就能看到那個物體?另一種說法是，如果我們從很遠的地方觀看每個物體，那么它可能看起來非常相似。然而，如果我們更深入地研究它發(fā)出的全波長光譜，可能會發(fā)現(xiàn)一些明顯的差異。

每種顏色代表一種不同的“種類”，注意，這些不同波長下的光量存在巨大差異，那么這到底是如何運作的呢?我們?nèi)绾螌⒑唵蔚膱D片變成下面這個復(fù)雜的光譜“指紋圖?

用光譜法分裂光

答案是使用一種稱為光譜學(xué)的技術(shù)，這種方法已經(jīng)在物理和化學(xué)領(lǐng)域使用了數(shù)十年，通常用于了解復(fù)雜分子中存在的電鍵類型，尚光譜學(xué)基本上采用了這個想法，并將其應(yīng)用于更遠距離的圖像，例如從飛機或相機拍攝的圖像。

這個想法基本上與棱鏡將白光分離為其組成視覺頻率的想法相同，在這種情況下，一束白光照射到棱鏡上，以不同角度衍射，并以美麗的彩虹色從棱鏡射出，這是因為白光是可見光譜中所有波長的組合，并目每種波長的衍射角度都略有不同。

高光譜學(xué)的工作原理相同，只是它使用的技術(shù)可以捕獲整個電磁光譜范圍，而不僅僅是可見光，最流行的方法之一是使用衍射光柵技術(shù)，該技術(shù)使光穿過只允許某些波長通過的微小狹。另一種方法是干涉測量法，它將光分成兩束相同的光束，改變其中一束光束(例如通過衍射)，然后將它們重新加在一起井分析它們相互干涉的方式。

目前這些方法的最大技巧是它們需要大的數(shù)據(jù)和處理能力才能實現(xiàn)，想象一下，當您拍攝高分辨率照片時，相機內(nèi)存會多快被填滿，現(xiàn)在，請記住，可見光僅占所有光波的一小部分，如果您要拍攝每個像素捕獲全光譜的照片，那么每張照片的大小很快就會達到數(shù)百兆字節(jié)，因此，構(gòu)成高光譜圖像的數(shù)據(jù)通常被視為三維“圖像立方體”，其中兩個軸對應(yīng)于空間中的點，第三個軸是給定點的光譜值的全范圍。

這項技術(shù)的應(yīng)用是巨大的——基本上，任何反射或發(fā)射光的物體(基本上是地球上的每個物體)都可以通過高光譜成像進行“指紋識別”，這意味著我們可以僅使用從圖像中收集的光譜來識別礦物、建筑物，甚至是人。

從本質(zhì)上講，高光譜成像是為了認識到外面的信息比我們直觀掌握或看到的要多得多，作為一種科學(xué)技術(shù)，它能夠通過巧妙地使用光學(xué)和功能強大的計算機來梳理隱藏的信息。其結(jié)果是一種方法，使我們能夠比我們的眼睛更深入地探索光學(xué)世界，并在此過程中發(fā)現(xiàn)迄今為止科學(xué)未知的物理物體的獨特屬性。

這是科學(xué)獨創(chuàng)性的例子，并提醒我們存在于我們周圍的隱藏世界——肉眼看不見，但通過科學(xué)的鏡頭被照亮。