高光譜成像儀作為精密的光學(xué)儀器，可以獲取待測(cè)物在一系列光波波長(zhǎng)處的光學(xué)圖像。這些光學(xué)圖像綜合了待測(cè)物的空間、光譜和輻射信息，不僅可以表征待測(cè)物空間分布的圖像特征，還能以其中單個(gè)或多個(gè)像素為目標(biāo)獲取光譜特性。本文對(duì)高光譜圖像的獲取及分析方法做了介紹，對(duì)此感興趣的朋友可以了解一下！

高光譜圖像獲取方式：

根據(jù)高光譜圖像采集和形成方式的不同，高光譜圖像的獲取方式可以分為點(diǎn)掃描、線掃描和面掃描三種方式。三種掃描方式的示意圖如圖所示。

1.點(diǎn)掃描方式

點(diǎn)掃描方式圖（a）每次只能獲取一個(gè)像素點(diǎn)的光譜，為獲取高光譜圖像頻繁的移動(dòng)光譜相機(jī)或檢測(cè)對(duì)象，不利于快速檢測(cè)，因此點(diǎn)掃描方式常用于微觀對(duì)象的檢測(cè)。

2.線掃描方式

線掃描方式（b）每次可以獲取掃描線上所有點(diǎn)的光譜，因此該方式特別適合于傳送帶上方的物體的動(dòng)態(tài)檢測(cè)，因此該方式是水果和蔬菜品質(zhì)檢測(cè)時(shí)最為常用的圖像獲取方式。點(diǎn)掃描和線掃描方式是在空間域進(jìn)行掃描的方式，不同于點(diǎn)掃描和線掃描方式，面掃描是在光譜域進(jìn)行掃描的方式。

3.面掃描方式

面掃描方式（c）每次可以獲取單個(gè)波長(zhǎng)下完整的空間圖像，通過(guò)面掃描獲取高光譜圖像時(shí)需要轉(zhuǎn)動(dòng)濾光片切換輪或調(diào)節(jié)可調(diào)濾波器，因此面掃描方式一般用于所需波長(zhǎng)圖像數(shù)目較少的多光譜成像系統(tǒng)中。

根據(jù)光源和光譜相機(jī)之間的位置關(guān)系不同，高光譜圖像的獲取方式又可以分為反射、透射和漫透射三種方式。三種高光譜圖像獲取方式如下圖所示。

高光譜圖像數(shù)據(jù)分析方法：

高光譜圖像由于既包含光譜信息，又包括圖像信息，因此高光譜圖像數(shù)據(jù)分析方法很多。這里以歸納高光譜圖像數(shù)據(jù)的處理為例，介紹高光譜成像儀圖譜數(shù)據(jù)處理方法。

第1步，高光譜圖像的校正和預(yù)處理

原始高光譜數(shù)據(jù)是光子強(qiáng)度信息，需進(jìn)行黑白板校正獲取相對(duì)反射率。由于高光譜圖像通常在光譜波段范圍的首尾端信噪比較低，所以黑白板校正后的高光譜圖像需要進(jìn)行預(yù)處理以剔除這些噪聲較大的部分。此外，由于高光譜數(shù)據(jù)量較大，對(duì)于一些無(wú)用部分可通過(guò)裁剪等方法減少高光譜圖像數(shù)據(jù)。

第2步，高光譜圖像的降維

在圖像維，可根據(jù)待測(cè)物的光譜特性，直接提取反映待測(cè)對(duì)象品質(zhì)的一個(gè)或幾個(gè)波長(zhǎng)圖像；也可采用主成分分析、獨(dú)立成分分析法或最小噪聲分離法等獲取關(guān)鍵的特征圖像；還可在上述特征波段基礎(chǔ)上，采用波段比算法或者波段差算法或者二次差分算法計(jì)算特征圖像；在光譜維，可對(duì)研究對(duì)象中一定像素區(qū)域的光譜或所有像素的光譜進(jìn)行平均獲得平均光譜信息或偏差光譜信息。

第3步，品質(zhì)預(yù)測(cè)，目標(biāo)檢測(cè)及識(shí)別

在圖像維，可采用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行分割從而獲取目標(biāo)；在光譜維，可與化學(xué)計(jì)量學(xué)方法結(jié)合，建模預(yù)測(cè)分析待測(cè)物的品質(zhì)，或進(jìn)行判別分析。

第4步，目標(biāo)分類

根據(jù)得到的圖像特征或者光譜信息，采用模式識(shí)別方法分類目標(biāo)。

綜上所述，高光譜圖像數(shù)據(jù)的處理方法具有以下特點(diǎn)：

1）所用信息類型隨檢測(cè)目的的不同而改變。通常情況下，外部品質(zhì)檢測(cè)主要采用圖像信息，內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)則多采用光譜信息，而綜合品質(zhì)檢測(cè)則是兩種信息的結(jié)合。

2）雖然高光譜圖像信息豐富，但數(shù)據(jù)處理過(guò)程中的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法較為簡(jiǎn)單，預(yù)測(cè)和分類方法也大多是常規(guī)方法。

3）針對(duì)不容易分割的目標(biāo)，通常是光譜信息和圖像信息結(jié)合來(lái)進(jìn)行分割或提取目標(biāo)。