高光譜成像儀作為一種光電儀器，它將光譜技術(shù)和圖像技術(shù)結(jié)合在一起，能夠同時體現(xiàn)一維表征像元光譜信息和目標二維空間景象的物理屬性，并且具有較高的分辨率和圖譜合一的屬性，已被廣泛的應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。本文對高光譜成像儀光譜數(shù)據(jù)的形式及光譜數(shù)據(jù)的分析方法作了介紹，對此感興趣的朋友可以了解一下！

高光譜成像儀光譜數(shù)據(jù)的形式：

高光譜成像設(shè)備能同時獲取二維空間信息和一維光譜信息，獲取的數(shù)據(jù)稱作光譜數(shù)據(jù)立方體，如下圖所示。成像光譜數(shù)據(jù)立方體是一個三維矩陣，圖像的高度為H，圖像的寬度為W，光譜波段數(shù)為L，圖像的像素數(shù)P=HxW。如果在空間上取出一個像素，以波長為橫軸，像素每個波長處的反射率為縱軸，將得到像素地面分辨率范圍內(nèi)材質(zhì)的平均光譜。如果在相同的窄帶波長處選取所有的像素，并按照其空間坐標位置作圖，將得到窄帶波長處反射率場景灰度圖。

光譜數(shù)據(jù)立方體可以用三維矩陣描述，為了便于數(shù)據(jù)處理，將三維矩陣整合成二維矩陣，用數(shù)據(jù)矩陣X表示為：

式中：元素xij第i窄帶波段處第j個像素的反射率值；列向量X（1:L）j=（x1j，…xLj）T為第j個像素的光譜向量；行向量 Xi（1:p）=（xi1，…，xip）表示第i窄帶波段的反射率圖像。

高光譜成像儀光譜數(shù)據(jù)的分析方法：?

高光譜成像儀對圖像信息的收集包含物理成分和化學(xué)成分兩部分。樣品通過漫反射光源將圖像分散并投射到探測器陣列上，圖像的光譜長度范圍包括可見光和近紅外光。通過高光譜成像儀采集的圖像，之后在PC端進行圖像校正、數(shù)據(jù)降維、建模、判定分析。由于不同的高光譜成像系統(tǒng)對圖像的采集存在一定的差異，為了確保高光譜數(shù)據(jù)的可比性和精確性，常利用下式對高光譜圖像進行暗電流校正：

式中，R0為反射光譜圖像，W為反射率為99%的白板反射圖像，B為暗電流，R為校正后反射圖像。

由于高光譜成像系統(tǒng)采集的光譜具有連續(xù)性，所以光譜中包含的數(shù)據(jù)量較大，在數(shù)據(jù)處理中會存在一些煩冗的計算問題，因此，選擇合理的數(shù)據(jù)處理方法就顯得尤為重要。大量文獻顯示，提取最佳波段是減少數(shù)據(jù)量最有效的方式，并能夠保證在不丟失重要信息的情況下精確地反映樣品信息。在數(shù)據(jù)處理過程中，數(shù)據(jù)降維也是有效的方法之一，主要的方法有特征波段選擇、分類算法選擇等。最后，采用偏最小二乘法、支持向量機、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、多元線性回歸等方法建立基于光譜圖像的預(yù)測模型，進而實現(xiàn)其在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用。具體的操作流程如下圖所示。