高光譜成像儀作為先進(jìn)的光學(xué)檢測儀器，能夠同時(shí)獲得樣品的光譜信息和圖像信息，是一種成像技術(shù)和光譜技術(shù)相結(jié)合的多維獲取技術(shù)，在不同行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。本文對高光譜成像儀的組成及高光譜數(shù)據(jù)的獲取處理方法做了介紹。

高光譜成像儀的組成：

國際遙感界認(rèn)為，光譜分辨率在10-1λ數(shù)量級范圍內(nèi)的為多光譜，分辨率在10-2λ數(shù)量級范圍內(nèi)的為高光譜。與多光譜技術(shù)相比，高光譜成像技術(shù)不僅極大地提高了光譜信息的豐富程度，在處理技術(shù)上，也為光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行更為快速、有效的分析提供了可能。高光譜成像技術(shù)作為一種綜合性技術(shù)，集微弱信號檢測、探測技術(shù)、精密光學(xué)機(jī)械、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，能夠獲取連續(xù)、窄波段的高光譜分辨率的圖像數(shù)據(jù)，是一種能夠?qū)⒊上窦夹g(shù)和光譜技術(shù)相結(jié)合的多維信息獲取技術(shù)。高光譜成像技術(shù)圖像數(shù)據(jù)的分辨率高達(dá)10-2λ數(shù)量級，在可見短紅外波段范圍內(nèi)光譜分辨率為納米級，光譜波段多達(dá)數(shù)十個(gè)甚至上百個(gè)，各光譜波段間是連續(xù)的，圖像數(shù)據(jù)的每一個(gè)像元都可以提取一條完整的高光譜分辨率光譜曲線。

高光譜成像系統(tǒng)由硬件平臺和軟件處理2部分組成，其中，硬件平臺如下圖所示，由高光譜機(jī)（CCD相機(jī)）、樣品臺、漫反射光源、電動(dòng)平移臺/傳送帶以及轉(zhuǎn)接板和轉(zhuǎn)接塊組成。

高光譜成像儀圖譜數(shù)據(jù)的獲取與處理方法：

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(jìn)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(jìn)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(huì)存在一些煩冗的計(jì)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(xiàn)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(jī)、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(jìn)而實(shí)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。