高光谱影像
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高光谱影像
高光谱影像收集和处理来自整个电磁频谱的信息。 高光谱成像的目标是获取场景图像中每个像素的光谱，用于寻找物体、识别材料或检测过程。 光谱成像仪一般分为三个分支。 有推扫式扫描仪和相关的拂扫式扫描仪（空间扫描），它们随着时间的推移读取图像，波段顺序扫描仪（光谱扫描），它获取不同波长区域的图像，以及快照高光谱成像，它使用凝视阵列 瞬间生成图像。
人眼主要在三个波段中看到可见光的颜色（长波长 – 被感知为红色，中波长 – 被感知为绿色，短波长 – 被感知为蓝色），光谱成像将光谱划分为更多波段。 这种将图像分成条带的技术可以扩展到可见之外。 在高光谱成像中，记录的光谱具有良好的波长分辨率并涵盖广泛的波长。 高光谱影像测量连续光谱带，与测量间隔光谱带的多波段成像相反。
工程师构建高光谱传感器和处理系统，用于天文学、农业、分子生物学、生物医学成像、地球科学、物理学和xxx领域的应用。 高光谱传感器使用大部分电磁频谱来观察物体。 某些物体会在电磁波谱中留下独特的“指纹”。 这些“指纹”被称为光谱特征，可以识别构成扫描对象的材料。 例如，石油的光谱特征可以帮助地质学家找到新的油田。
传感器
形象地说，高光谱传感器将信息收集为一组“图像”。 每个图像代表电磁波谱的一个窄波长范围，也称为光谱带。 这些“图像”组合起来形成一个三维（x,y,λ）高光谱数据立方体进行处理和分析，其中x和y代表场景的两个空间维度，λ代表光谱维度（包含一个 波长范围）。
从技术上讲，传感器对高光谱立方体的采样有四种方式：空间扫描、光谱扫描、快照成像和空间光谱扫描。
高光谱立方体是由机载传感器生成的，如 NASA 的机载可见光/红外成像光谱仪 (AVIRIS)，或由 NASA 的 EO-1 等卫星及其高光谱仪器 Hyperion 生成。 然而，对于许多开发和验证研究，使用手持式传感器。
这些传感器的精度通常以光谱分辨率来衡量，即所捕获光谱的每个波段的宽度。 如果扫描仪检测到大量相当窄的频带，则即使仅以少数像素捕获，也可以识别物体。 然而，空间分辨率是除光谱分辨率之外的一个因素。 如果像素太大，则多个对象被捕获在同一个像素中，变得难以识别。 如果像素太小，则每个传感器单元捕获的强度较低，信噪比降低会降低测量特征的可靠性。
高光谱图像的获取和处理也称为成像光谱，或者参考高光谱立方体，称为 3D 光谱。
扫描技术
获取高光谱立方体的三维 (x, y, λ) 数据集有四种基本技术。 技术的选择取决于具体的应用，因为每种技术都有上下文相关的优点和缺点。
空间扫描
在空间扫描中，每个二维 (2-D) 传感器输出代表一个完整的狭缝光谱 (x, λ)。 用于空间扫描的高光谱影像（HSI）设备通过将场景的条带投影到狭缝上并用棱镜或光栅分散狭缝图像来获得狭缝光谱。 这些系统的缺点是按行分析图像（使用推扫式扫描仪），并且还有一些机械部件集成到光学系统中。
使用这些线扫描相机，可以通过平台移动或扫描来收集空间维度。 这需要稳定的支架或准确的指向信息来“重建”图像。 尽管如此，线扫描系统在遥感中特别常见，在这种情况下使用移动平台是明智的。 线扫描系统还用于扫描传送带上移动的材料。 线扫描的一个特例是点扫描（使用扫帚扫描仪），其中使用点状孔径而不是狭缝，并且传感器本质上是一维的而不是二维的。