高光谱知识(1)-高光谱成像技术的理解-优快云博客

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高光谱技术可以获得待观测目标或场景的连续单色光谱图像，并通过空间维(x, y)数据和光谱维(λ)数据共同组成三维观测数据立方体，从而为研究人员提供探测目标或场景中的每一个点的空间和光谱特征细节。这种兼具相机的高分辨成像能力和光谱仪的高光谱分辨能力使得高光谱被广泛应用于测绘遥感、目标识别、环境监测与评估、临床影像诊断、过程监控等任务中，并在地理、空间、海洋、气候、大气、农业、植被、生态、医药、安防、制造与色度等多个领域中发挥巨大作用。

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前言
一、按获取数据的过程划分
二、按照光谱色散成像系统获取光谱信息能力的不同划分
总结

前言

高光谱成像技术是分析的基础，因此，本文就现有高光谱成像技术进行学习和理解

一、按获取数据的过程划分

高光谱是获取目标场景的三维立方数据体，故根据其获取数据过程的不同可以将成像光谱仪进行最基本的分类：
(1) 摆扫式成像光谱仪 (Whiskbroom imaging spectrometer)
原理：使用线阵探测器，每次收集一个像素上的所有光谱维数据，并通过扫描镜摆动和搭载平台的移动最终获取全部的立方数据体。
特点：相对来说获取速度最慢。
(2) 推扫式成像光谱仪(Pushbroom imaging spectrometer)
原理：使用面阵探测器，每次可以收集一维空间维上对应的一行像素的所有光谱维数据，并通过搭载平台的移动或扫描镜的转动完成全部数据立方体的收集。
特点：…没啥特点
(3) 滤光片式成像光谱仪(Filter/Interferometric imaging spectrometer)
原理：使用面阵探测器，通过一组滤光片或可调谐波长器件进行分光，每次可以收集两个空间维度上的面阵对应的所有像素的单一光谱维数据，并通过滤光片切换或器件的波长调谐来完成全部数据立方体收集。干涉型成像光谱仪如傅里叶变换光谱仪等均可归入此类。
特点：目前主流之一，兼顾速度和分辨率
(4) 快照型成像光谱仪(Snapshot imaging spectrometer)
原理：使用面阵探测器，通过特殊元器件或探测形式对目标或场景进行编码，再通过后续系统色散后对探测器采集数据进行解码，一次观测即可收集整个三维数据立方体，探测速度最快
特点：但是其光谱分辨率不高，且数据的解码速度较慢。

二、按照光谱色散成像系统获取光谱信息能力的不同划分

2.1 滤光型成像光谱仪

2.1.1 窄带滤光片型成像光谱仪

原理：窄带滤光片是一种能够对探测目标辐射光中的特征光谱进行有效提取、同时对带外杂光进行高抑制的光学器件，将窄带滤光片置于相机中的探测器前，即可实现相机对拟观测目标的特征光谱图像探测，从而形成最简单形式的成像光谱仪。如果观测目标或场景具备多个特征波长，则可以使用多个窄带滤光片组成的滤光片组，通过分时切换来实现多波长的单色光谱成像探测。
特点：这种成像光谱仪的核心光谱色散器件和系统形式相比其他成像光谱仪而言较小，因此整体结构上更容易实现集成化和小型化。目前，很多市面上使用的可在无人机上搭载的小型高光谱相机均属于此类成像光谱仪，其体积小、重量轻、成本低，在农业定量观测等领域中应用较为广泛。
代码如下（示例）：

2.1.2 可调谐窄带滤光器型成像光谱仪

目前主流的可调谐窄带滤光器包括声光可调谐滤光器(AOTF)，液晶双折射可调谐滤光器(LCTF)，法布里-泊罗(F-P)滤光器等。下面将对这几种滤光器做简要介绍。

2.1.2.1 声光可调谐滤光器

原理：这种滤光器主要利用了声光衍射原理，器件的核心是晶体和其相连的压电换能器，通过将高频的射频电信号作用于换能器，使之转换为在晶体内的超声波振动，这种振动波可以在传播区域内周期性地调制晶体折射率，从而产生空间周期性的调制作用，这种调制与体相位光栅类似，可以对入射到晶体介质上的电磁波进行衍射，而且衍射光的波长与高频驱动电信号的频率一一对应，只要改变高频 RF 驱动信号的频率，即可改变衍射光的波长，达到分光的目的。
特点：声光可调谐滤光器可动态地选择特定波长，并以微秒级的速度进行波长调整。