成像系統(tǒng)是人類感知世界的重要工具，而傳統(tǒng)的成像系統(tǒng)僅能提供有限的信息，如形狀、顏色和紋理等。隨著高光譜技術(shù)的發(fā)展，高光譜成像系統(tǒng)應(yīng)運而生，它能夠捕捉物體在不同波長下的電磁波輻射，從而提供更豐富的信息。

一、Introduction to Hyperspectral Imaging 高光譜成像的介紹

高光譜成像指具有多光譜分辨率的數(shù)字圖像，每個高光譜圖像中的空間點（pixel）包含了一條連續(xù)的曲線用于記錄不同波段下的光強（light intensity）。如下圖所示，紅、綠、藍三條曲線記錄了三個pixel分別在不同波段下的值。高光譜圖像數(shù)據(jù)也能理解為堆砌不同波段的圖像（stack of images）。

高光譜圖像所提供的額外的信息能幫助區(qū)分不同物質(zhì)，這有時在RGB圖像中是很難區(qū)分的。高光譜已經(jīng)在遙感、食品檢測、分類、醫(yī)學(xué)中取得的成功應(yīng)用效果。

Resonon Inc. 所研發(fā)的高光譜相機均采用的是線掃描式 Line-scan（一次只獲得一條線的數(shù)據(jù)）。這也通常需要一個掃描裝置（scanning system）來幫助完成多線的采集而完成一張圖像的采樣。

為了獲取高光譜數(shù)據(jù)，每個pxiel所反射（或折射）的光被分散為不同的光譜區(qū)段光，如下圖中的使用棱鏡分光。所有pixel（下圖中的紅色矩陣）分出的光被采樣到焦平面陣列上，這種方法的一個好處就是可以同時對不同波段的信號采樣。

System Overview 系統(tǒng)概述

工作臺主要包括一個高光譜相機、一個線形平移平臺（linear translation stage）、裝配塔（mounting tower）、燈源（lighting assembly）和軟件系統(tǒng)（Spectronon，其中也包括了一些高光譜數(shù)據(jù)）。

Benchtop System Assembly 工作臺組裝

4.1 Data Modes 數(shù)據(jù)類型

Resonon成像系統(tǒng)可以采集三種類型的數(shù)據(jù) ：

（1）Raw Data 原始數(shù)據(jù)

原始數(shù)據(jù)只經(jīng)過光譜校準但包括了儀器傳感器響應(yīng)、樣本反射率和照明函數(shù)，光譜曲線不代表實際數(shù)值和物理意義，所以是沒有使用價值的，其單位是DIgital Number（DN）。

（2）Radiance 輻射度

通過原始數(shù)據(jù)的輻射度校準得到，該數(shù)據(jù)是不包括傳感器響應(yīng)，是照明度和樣本反射率的乘積。具有實際物理意義和單位（1 Microfilcks = 每單位弧度每平方厘米1微瓦的表面波長每微米的波長）

（3）Reflectivity / Reflectance 反射率

在這種模式下，不包括儀器傳感器響應(yīng)和照明函數(shù)，只是單獨的反射率。數(shù)據(jù)可以通過一下四種方式轉(zhuǎn)化為反射率：

i. White reference

ii. Known spectral refrenence in scene

iii. Downwelling irradiance sensor

iiii. Atmospheric Correction

Advanced Data Acquisition 進階的數(shù)據(jù)獲取

（1）控制相機

（2）平臺控制

（3）其他設(shè)置

Basic Data Analysis 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析

Advanced Data Analysis 進階數(shù)據(jù)分析

Advanced Data Analysis2：Hyperspectral Classification 高光譜分類

http://docs.resonon.com/spectronon/SpectrononUserManual/html/HyperspectralClassification.html

**Advanced Data Analysis3: Hyperspectral Vegetation Indices **

Batch Processing 批量處理

Focusing & Calibtration Sheets 對焦和校準

Applendix: Built-in Plugins

Glossary of Hyperspectral Imager Terminology 專業(yè)術(shù)語

Datacude

兩個空間維度和一個光譜維度組成。

Spectral Range

Spectral Channels

波段的數(shù)量。

Spectral Resolution

光譜分辨率用于衡量最小的光譜特征（nm為單位），換句話說，這是每個光譜通道的寬度。

Spectral Pixels

采集到的光譜信號中pixels的數(shù)量。

Spectral Smapling

等于Spectral Range / Spectral Pixels。通常比spectral resolution更小。

Spatial Channels

在線掃描式中為線的pixels數(shù)量

f-number

用于衡量lens度量。

Average RMS Spot Radius

這是對高光譜成像儀分辨率的度量，是整個成像儀光譜范圍內(nèi)的平均值。

Smile (peak to peak)

是與高光譜成像儀相關(guān)的光學(xué)失真，當來自單個波長的光落在焦平面陣列的不同光譜列（針對不同的空間通道）時會出現(xiàn)。

Keystone (peak to peak)

梯形失真是與高光譜成像儀相關(guān)的光學(xué)畸變，當來自單個空間位置的光落在焦平面陣列的不同空間行（針對不同光譜通道）上時，就會顯示出來。

二、高光譜成像系統(tǒng)的原理

高光譜成像系統(tǒng)主要由高光譜相機和圖像處理軟件組成。高光譜相機能夠捕捉物體在不同波長下的電磁波輻射，生成高光譜圖像。圖像處理軟件通過對高光譜圖像的分析，提取出物體的材料和化學(xué)成分信息，實現(xiàn)對物體的識別和分析。

三、什么是高光譜？

高光譜成像是一種光譜技術(shù)，可在線性空間區(qū)域內(nèi)收集數(shù)百張不同波長的圖像。 高光譜成像的目的是收集樣本中每個像素的光譜，識別物體的過程。

高光譜成像光譜儀

賽斯拜克提供高光譜成像 (HSI) 系統(tǒng)，包括光譜儀、高光譜成像儀、多光譜成像光譜儀以及完整的系統(tǒng)。 我們的儀器在連續(xù)光譜上捕獲每個圖像像素，以尋找物體、檢測過程或識別具有精細波長分辨率的材料。 我們的系統(tǒng)涵蓋廣泛的波長，并測量連續(xù)的光譜帶。

可見近高光譜成像儀SC230

可見近紅外高光譜成像儀,型號為SC230,高靈敏相機和輔助相機配合使用，采集速度≤5s;快速方便的用來分析樣品的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和特性等信息，數(shù)據(jù)采集軟件實時獲取樣品光譜及影像信息，提供SDK便捷易用的二次開發(fā)支持。

SC250近紅外高光譜成像儀是一款全新設(shè)計制造的高光譜成像儀器，內(nèi)置推掃結(jié)構(gòu)可以快速實現(xiàn)光譜影像的連續(xù)采集，在900-1700nm波段具有較高的靈敏度和穩(wěn)定性，通過輔助相機實現(xiàn)對掃描區(qū)域的監(jiān)控，主機內(nèi)置電源模塊，可實現(xiàn)快速架設(shè)完成數(shù)據(jù)采集作業(yè)。全密封式設(shè)計可保證在實際使用中不會因為灰塵等影響光譜儀的內(nèi)部光學(xué)元件，確保儀器的長期正常使用。

SC250近紅外高光譜成像儀配置標準的信號采集軟件，可進行高光譜影像及光譜數(shù)據(jù)的采集和簡單處理，可實時獲取樣品光譜及影像信息，將掃描結(jié)果存儲為圖像、表格等各種格式，數(shù)據(jù)可以被多種第三方專業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件調(diào)用，極大的擴展了儀器的使用范圍。廣泛應(yīng)用于食品安全與質(zhì)量監(jiān)控/機器視覺、生產(chǎn)過程監(jiān)控、制藥。紙漿和紙檢測、生物量/生物燃料過程控制、遙感與分析、光伏和半導(dǎo)體生產(chǎn)、廢品回收與分選等領(lǐng)域。

賽斯拜克高光譜和多光譜應(yīng)用

我們的高光譜成像光譜儀具有廣泛的應(yīng)用，包括：

遙感（空中——無人機、無人機、無人機/或飛機）

半導(dǎo)體中的質(zhì)量控制檢驗/光學(xué)計量

DNA 測序/毛細管電泳/PCR

通過反射、發(fā)射、拉曼、熒光……進行過程監(jiān)控

顯微（測繪、完整的定制解決方案）

高級機器視覺/工業(yè)相機

回收（回收工廠的分類和質(zhì)量控制）

食品和飲料檢驗

高光譜成像儀

我們的定制賽斯拜克高光譜系統(tǒng)功能：

紫外-近紅外（200-1050nm），一次測量超過2048個像素

光譜分辨率＜1nm

空間成像＜40um

空間像素：512或更多

光譜像素：2048

用于推掃式高光譜成像的光譜儀

可定制

快速圖像傳輸 USB 3

超穩(wěn)定

三、高光譜成像系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域

環(huán)境監(jiān)測：高光譜成像系統(tǒng)可以用于環(huán)境監(jiān)測，如監(jiān)測水體污染、大氣污染等。通過對污染源的識別和分析，有助于制定相應(yīng)的治理措施。

生物醫(yī)學(xué)：高光譜成像系統(tǒng)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，如皮膚癌檢測、血液分析等。通過對人體組織的高光譜成像分析，可以實現(xiàn)對疾病的早期診斷和精確治療。

地質(zhì)勘探：高光譜成像系統(tǒng)在地質(zhì)勘探領(lǐng)域也有重要應(yīng)用，如礦產(chǎn)資源勘查、地形地貌分析等。通過對地質(zhì)物體的高光譜成像分析，可以更好地理解地質(zhì)結(jié)構(gòu)和演化過程。

農(nóng)業(yè)監(jiān)測：農(nóng)業(yè)科學(xué)家利用高光譜成像系統(tǒng)監(jiān)測作物生長狀況，分析土壤養(yǎng)分含量和分布情況，為精準農(nóng)業(yè)提供數(shù)據(jù)支持。

四、高光譜成像系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢

提高成像分辨率：未來的高光譜成像系統(tǒng)技術(shù)將不斷提高成像分辨率，從而更好地揭示物體的細節(jié)信息。

拓展應(yīng)用領(lǐng)域：高光譜成像系統(tǒng)技術(shù)將逐漸拓展應(yīng)用領(lǐng)域，如軍事偵察、安全監(jiān)控等。

融合多光譜技術(shù)：未來的高光譜成像系統(tǒng)技術(shù)將融合多光譜技術(shù)，實現(xiàn)多光譜和高光譜數(shù)據(jù)的協(xié)同分析，提高成像質(zhì)量和分析效果。

高光譜成像系統(tǒng)作為一種新興的成像技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用前景和重要的科學(xué)價值。通過對物體在不同波長下的電磁波輻射的捕捉和分析，高光譜成像系統(tǒng)能夠揭示物體的細節(jié)和本質(zhì)，為環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)學(xué)、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域提供有力的支持。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，高光譜成像系統(tǒng)將在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用，為人類更好地認識和保護地球環(huán)境提供有力支持。