高光谱 (Hyperspectral)
光谱的定义
光谱是复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案，全称为光学图谱。
太阳光色散后有红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，顺次连续分布的彩色光谱，覆盖了大约在390到770纳米的可见光区。
光谱的分类
- 按波长区域
在一些可见光谱的红端之外，存在着波长更长的红外线，同样，在紫端之外，存在波长更短的紫外线。因此，除了可见光谱外，光谱还包括有红外光谱和紫外光谱。 - 按产生方式
光谱可以分为发射光谱和吸收光谱和散射光谱。
多光谱、高光谱、超光谱的区别
高光谱成像是新一代光电检测技术，兴起于20世纪80年代，目前仍在迅猛发展巾。高光谱成像是相对多光谱成像而言，通过高光谱成像方法获得的高光谱图像与通过多光谱成像获取的多光谱图像相比具有更丰富的图像和光谱信息。如果根据传感器的光谱分辨率对光谱成像技术进行分类，光谱成像技术一般可分成3类：
- 多光谱成像——光谱分辨率在delta_lambda/lambda=0.1数量级，这样的传感器在可见光和近红外区域一般只有几个波段。
- 高光谱成像——光谱分辨率在delta_lambda/lambda=0.01数量级，这样的传感器在可见光和近红外区域有几卜到数百个波段，光谱分辨率可达nm级。
- 超光谱成像——光谱分辨率在delta_lambda/lambda=0.001数量级，这样的传感器在可见光和近红外区域可达数千个波段。
众所周知，光谱分析是自然科学中一种重要的研究手段，光谱技术能检测到被测物体的物理结构、化学成分等指标。光谱评价是基于点测量，而图像测量是基于空间特性变化，两者各有其优缺点。因此，可以说光谱成像技术是光谱分析技术和图像分析技术发展的必然结果，是二者完美结合的产物。光谱成像技术不仅具有光谱分辨能力，还具有图像分辨能力，利用光谱成像技术不仅可以对待检测物体进行定性和定量分析，而且还能进对其进行定位分析。
高光谱成像系统的主要工作部件是成像光谱仪，它是一种新型传感器，20世纪80年代初正式开始研制，研制这类仪器的目的是为获取大量窄波段连续光谱图像数据，使每个像元具有几乎连续的光谱数据。它是一系列光波波长处的光学图像，通常包含数十到数百个波段，光谱分辨率一般为1～l0nm。由于高光谱成像所获得的高光谱图像能对图像中的每个像素提供一条几乎连续的光谱曲线，其在待测物上获得空间信息的同时又能获得比多光谱更为丰富光谱数据信息，这些数据信息可用来生成复杂模型，来进行判别、分类、识别图像中的材料。
通过高光谱成像获取待测物的高光谱图像包含了待测物的丰富的空间、光谱和辐射三重信息。这些信息不仅表现了地物空间分布的影像特征，同时也可能以其中某一像元或像元组为目标获取它们的辐射强度以及光谱特征。影像、辐射与光谱是高光谱图像中的3个重要特征，这3个特征的有机结合就是高光谱图像。
高光谱图像数据为数据立方体(cube)。通常图像像素的横坐标和纵坐标分别用z和Y来表示，光谱的波长信息以(Z即轴)表示。该数据立方体由沿着光谱轴的以一定光谱分辨率间隔的连续二维图像组成。
高光谱成像技术
高光谱成像技术是基于许多窄波段的影像数据技术，它将成像技术与光谱技术相结合，探测目标的二维几何空间及一维光谱信息，获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据。
波段在遥感技术中，通常把电磁波谱划分为大大小小的段落，大的称为波段区（spectral region），如可见区、红外区等；中等的如近红外、远红外等；小的称为波段；最狭窄的为谱线。
简介
高光谱图像就是在光谱维度上进行了细致的分割，不仅仅是传统的黑、白或者R、G、B的区别，而是在光谱维度上也有N个通道，例如：我们可以把400nm-1000nm分为300个通道。因此，通过高光谱设备获取到的是一个数据立方，不仅有图像的信息，并且在光谱维度上进行展开，结果不仅可以获得图像上的每个点的光谱数据，还可以获得任一个谱段的影像信息。
高光谱遥感
高光谱遥感是通过高光谱传感器探测物体反射的电磁波而获得地物目标的空间和频谱数据。高光谱遥感的出现使得许多实用宽波段无法探查到的物体，更加容易被探测到。
高光谱的优势
随着高光谱程序的光谱分辨率的提高，其探测能力也有所增强。因此，与全色和多光谱成像相比较，高光谱成像有以下显著优势。
- 有着近似连续的地物光谱信息。高光谱影像在经过光谱反射率重建后，能获取与被探测物近似的连续的光谱反射率曲线，与它的实测值相匹配，将实验室中被探测物光谱分析模型应用到成像过程中。
- 对于地表覆盖的探测和识别能力极大提高。高光谱数据能够探测具有诊断性光谱吸收特征的物质，能准确的区分地表植被覆盖类型，道路地面的材料等。
- 地形要素分类识别方法是多种多样的。影像分类既可以采用贝叶斯判别、决策树、神经网络、支持向量机的模式识别方法，也可以采用基于被探测物的光谱数据库的光谱进行匹配的方法。分类识别特征是既可以采用光谱诊断特征，也可以采用特征选择与提取。
- 地形要素的定量和半定量分类识别将成为可能。在高光谱影像中能估计出多种被探测物的状态参量，大大地提高了成像高定量分析的精度和可靠性。
应用
- 食品安全
光谱成像技术融合了传统的成像和光谱技术的优点,可以同时获取被检测物体的空间信息和光谱信息,因此该技术既可以像检测物体的外部品质,又可以像光谱技术一样检测物体的内部品质和品质安全。 - 医学诊断
高光谱成像是一个新兴的,非破坏性的,先进的光学技术,它具有光谱和成像的双重功能,这种双重功能使得高光谱成像能够同时提供实验对象的化学和物理特征,并具有良好的空间分辨率。高光谱成像作为一种特殊光学诊断技术,具有成像系统多样化、研究对象广泛化、临床诊断实用化和分析方法功能化等特征，具有原位实时活体诊断疾病(特别是肿瘤)的潜力,临床应用前景广阔,值得深入研究。 - 航天领域
根据目前公开的信息可以认为航天高光谱成像仪将进入新一轮发展。在仪器性能方面民用高光谱成像仪主要通过扩大幅宽提高灵敏度等措施来满足地球科学等应用需求；军用高光谱成像仪将在空间分辨率谱段覆盖和信息实时处理能力方面进一步发展 。根据现有能力和水平国内发展空间分辨率30m左右幅宽大于60km的航天高光谱成像系统的条件已经基本具备，这样的技术指标已经能够满足矿产调查环境监测和农林估产等需求并具有一定的先进性。
高光谱图像
光谱分辨率在10l数量级范围内的光谱图像称为高光谱图像(Hyperspectreal Image)。通过搭载在不同空间平台上的高光谱传感器，即成像光谱仪，在电磁波谱的紫外、可见光、近红外和中红外区域，以数十至数百个连续且细分的光谱波段对目标区域同时成像。在获得地表图像信息的同时，也获得其光谱信息，第一次真正做到了光谱与图像的结合。与多光谱遥感影像相比，高光谱影像不仅在信息丰富程度方面有了极大的提高，在处理技术上，对该类光谱数据进行更为合理、有效的分析处理提供了可能。
高光谱图像的最大特点是将成像技术与光谱探测技术结合，在对目标的空间特征成像的同时，对每个空间像元经过色散形成几十个乃至几百个窄波段以进行连续的光谱覆盖。这样形成的数据可以用“三维数据块”来形象地描述，其中x和y表示二维平面像素信息坐标轴，第三维（λ轴）是波长信息坐标轴。
高光谱图像集样本的图像信息与光谱信息于一身。图像信息可以反映样本的大小、形状、缺陷等外部品质特征，由于不同成分对光谱吸收也不同，在某个特定波长下图像对某个缺陷会有较显著的反映，而光谱信息能充分反映样品内部的物理结构、化学成分的差异。这些特点决定了高光谱图像技术在农产品内外部品质的检测方面的独特优势。
来源：CSDN
作者：Mark_Lue
链接：https://blog.csdn.net/weixin_41568999/article/details/104259960