成像系統(tǒng)是人類(lèi)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(yùn)而生，它能夠捕捉物體在不同波長(zhǎng)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(gè)高光譜圖像中的空間點(diǎn)（pixel）包含了一條連續(xù)的曲線用于記錄不同波段下的光強(qiáng)（light intensity）。如下圖所示，紅、綠、藍(lán)三條曲線記錄了三個(gè)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(shí)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(cè)、分類(lèi)、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(jī)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(gè)掃描裝置（scanning system）來(lái)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(gè)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(gè)好處就是可以同時(shí)對(duì)不同波段的信號(hào)采樣。

System Overview 系統(tǒng)概述

工作臺(tái)主要包括一個(gè)高光譜相機(jī)、一個(gè)線形平移平臺(tái)（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(tái)組裝

4.1 Data Modes 數(shù)據(jù)類(lèi)型

Resonon成像系統(tǒng)可以采集三種類(lèi)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(guò)光譜校準(zhǔn)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(shí)際數(shù)值和物理意義，所以是沒(méi)有使用價(jià)值的，其單位是DIgital Number（DN）。

（2）Radiance 輻射度

通過(guò)原始數(shù)據(jù)的輻射度校準(zhǔn)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(shí)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(zhǎng)每微米的波長(zhǎng)）

（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(dú)的反射率。數(shù)據(jù)可以通過(guò)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(jìn)階的數(shù)據(jù)獲取

（1）控制相機(jī)

（2）平臺(tái)控制

（3）其他設(shè)置

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

Advanced Data Analysis 進(jìn)階數(shù)據(jù)分析

Advanced Data Analysis2：Hyperspectral Classification 高光譜分類(lèi)

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(duì)焦和校準(zhǔn)

Applendix: Built-in Plugins

Glossary of Hyperspectral Imager Terminology 專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)

Datacude

兩個(gè)空間維度和一個(gè)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(shuō)，這是每個(gè)光譜通道的寬度。

Spectral Pixels

采集到的光譜信號(hào)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(duì)高光譜成像儀分辨率的度量，是整個(gè)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(dāng)來(lái)自單個(gè)波長(zhǎng)的光落在焦平面陣列的不同光譜列（針對(duì)不同的空間通道）時(shí)會(huì)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(dāng)來(lái)自單個(gè)空間位置的光落在焦平面陣列的不同空間行（針對(duì)不同光譜通道）上時(shí)，就會(huì)顯示出來(lái)。

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(jī)和圖像處理軟件組成。高光譜相機(jī)能夠捕捉物體在不同波長(zhǎng)下的電磁波輻射，生成高光譜圖像。圖像處理軟件通過(guò)對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)物體的識(shí)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?gòu)埐煌ㄩL(zhǎng)的圖像。 高光譜成像的目的是收集樣本中每個(gè)像素的光譜，識(shí)別物體的過(guò)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(gè)圖像像素，以尋找物體、檢測(cè)過(guò)程或識(shí)別具有精細(xì)波長(zhǎng)分辨率的材料。 我們的系統(tǒng)涵蓋廣泛的波長(zhǎng)，并測(cè)量連續(xù)的光譜帶。

可見(jiàn)近高光譜成像儀SC230

可見(jiàn)近紅外高光譜成像儀,型號(hào)為SC230,高靈敏相機(jī)和輔助相機(jī)配合使用，采集速度≤5s;快速方便的用來(lái)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(shí)時(shí)獲取樣品光譜及影像信息，提供SDK便捷易用的二次開(kāi)發(fā)支持。

SC250近紅外高光譜成像儀是一款全新設(shè)計(jì)制造的高光譜成像儀器，內(nèi)置推掃結(jié)構(gòu)可以快速實(shí)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(guò)輔助相機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)掃描區(qū)域的監(jiān)控，主機(jī)內(nèi)置電源模塊，可實(shí)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(jì)可保證在實(shí)際使用中不會(huì)因?yàn)榛覊m等影響光譜儀的內(nèi)部光學(xué)元件，確保儀器的長(zhǎng)期正常使用。

SC250近紅外高光譜成像儀配置標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)采集軟件，可進(jìn)行高光譜影像及光譜數(shù)據(jù)的采集和簡(jiǎn)單處理，可實(shí)時(shí)獲取樣品光譜及影像信息，將掃描結(jié)果存儲(chǔ)為圖像、表格等各種格式，數(shù)據(jù)可以被多種第三方專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件調(diào)用，極大的擴(kuò)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(jī)器視覺(jué)、生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控、制藥。紙漿和紙檢測(cè)、生物量/生物燃料過(guò)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(wú)人機(jī)、無(wú)人機(jī)、無(wú)人機(jī)/或飛機(jī)）

半導(dǎo)體中的質(zhì)量控制檢驗(yàn)/光學(xué)計(jì)量

DNA 測(cè)序/毛細(xì)管電泳/PCR

通過(guò)反射、發(fā)射、拉曼、熒光……進(jìn)行過(guò)程監(jiān)控

顯微（測(cè)繪、完整的定制解決方案）

高級(jí)機(jī)器視覺(jué)/工業(yè)相機(jī)

回收（回收工廠的分類(lèi)和質(zhì)量控制）

食品和飲料檢驗(yàn)

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(cè)量超過(guò)2048個(gè)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(cè)：高光譜成像系統(tǒng)可以用于環(huán)境監(jiān)測(cè)，如監(jiān)測(cè)水體污染、大氣污染等。通過(guò)對(duì)污染源的識(shí)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(cè)、血液分析等。通過(guò)對(duì)人體組織的高光譜成像分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)對(duì)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(guò)程。

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

四、高光譜成像系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

提高成像分辨率：未來(lái)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(xì)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(lái)的高光譜成像系統(tǒng)技術(shù)將融合多光譜技術(shù)，實(shí)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(jià)值。通過(guò)對(duì)物體在不同波長(zhǎng)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(xì)節(jié)和本質(zhì)，為環(huán)境監(jiān)測(cè)、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(lèi)更好地認(rèn)識(shí)和保護(hù)地球環(huán)境提供有力支持。