高光谱成像 Hyperspectral Imaging

Introduction to Hyperspectral Imaging 高光谱成像的介绍

高光谱成像指具有多光谱分辨率的数字图像，每个高光谱图像中的空间点（pixel）包含了一条连续的曲线用于记录不同波段下的光强（light intensity）。如下图所示，红、绿、蓝三条曲线记录了三个pixel分别在不同波段下的值。高光谱图像数据也能理解为堆砌不同波段的图像（stack of images）。

高光谱图像所提供的额外的信息能帮助区分不同物质，这有时在RGB图像中是很难区分的。高光谱已经在遥感、食品检测、分类、医学中取得的成功应用效果。

Resonon Inc. 所研发的高光谱相机均采用的是线扫描式 Line-scan（一次只获得一条线的数据）。这也通常需要一个扫描装置（scanning system）来帮助完成多线的采集而完成一张图像的采样。

为了获取高光谱数据，每个pxiel所反射（或折射）的光被分散为不同的光谱区段光，如下图中的使用棱镜分光。所有pixel（下图中的红色矩阵）分出的光被采样到焦平面阵列上，这种方法的一个好处就是可以同时对不同波段的信号采样。

System Overview 系统概述

工作台主要包括一个高光谱相机、一个线形平移平台（linear translation stage）、装配塔（mounting tower）、灯源（lighting assembly）和软件系统（Spectronon，下载地址如下，其中也包括了一些高光谱数据）。

Benchtop System Assembly 工作台组装

Basic Data Acquisition 基础的数据获取

/spectronon/SpectrononUserManual/html/BasicDataAcquisition.html

4.1 Data Modes 数据类型

Resonon成像系统可以采集三种类型的数据 ：

（1）Raw Data 原始数据

原始数据只经过光谱校准但包括了仪器传感器响应、样本反射率和照明函数，光谱曲线不代表实际数值和物理意义，所以是没有使用价值的，其单位是DIgital Number（DN）。

（2）Radiance 辐射度

通过原始数据的辐射度校准得到，该数据是不包括传感器响应，是照明度和样本反射率的乘积。具有实际物理意义和单位（1 Microfilcks = 每单位弧度每平方厘米1微瓦的表面波长每微米的波长）

（3）Reflectivity / Reflectance 反射率

在这种模式下，不包括仪器传感器响应和照明函数，只是单独的反射率。数据可以通过一下四种方式转化为反射率：

i. White reference

ii. Known spectral refrenence in scene

iii. Downwelling irradiance sensor

iiii. Atmospheric Correction

Advanced Data Acquisition 进阶的数据获取

（1）控制相机

（2）平台控制

（3）其他设置

Basic Data Analysis 基础数据分析

Advanced Data Analysis 进阶数据分析

Advanced Data Analysis2：Hyperspectral Classification 高光谱分类

/spectronon/SpectrononUserManual/html/HyperspectralClassification.html

**Advanced Data Analysis3: Hyperspectral Vegetation Indices **

Batch Processing 批量处理

Focusing & Calibtration Sheets 对焦和校准

Applendix: Built-in Plugins

Glossary of Hyperspectral Imager Terminology 专业术语

Datacude

两个空间维度和一个光谱维度组成。

Spectral Range

Spectral Channels

波段的数量。

Spectral Resolution

光谱分辨率用于衡量最小的光谱特征（nm为单位），换句话说，这是每个光谱通道的宽度。

Spectral Pixels

采集到的光谱信号中pixels的数量。

Spectral Smapling

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

Spatial Channels

在线扫描式中为线的pixels数量

f-number

用于衡量lens度量。

Average RMS Spot Radius

这是对高光谱成像仪分辨率的度量，是整个成像仪光谱范围内的平均值。

Smile (peak to peak)

是与高光谱成像仪相关的光学失真，当来自单个波长的光落在焦平面阵列的不同光谱列（针对不同的空间通道）时会出现。

Keystone (peak to peak)

梯形失真是与高光谱成像仪相关的光学畸变，当来自单个空间位置的光落在焦平面阵列的不同空间行（针对不同光谱通道）上时，就会显示出来。