什么是光譜成像技術(shù)？高光譜成像技術(shù)是指利用多個(gè)光譜通道進(jìn)行圖像采集、顯示、處理和分析解釋的技術(shù)，它不僅具有空間分辨能力，而且還具有光譜分辨能力，被廣泛的應(yīng)用于精細(xì)農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。那么，你對(duì)光譜成像技術(shù)了解多少？本文將為大家進(jìn)行介紹。

光譜成像技術(shù)的定義：

一般來(lái)說(shuō)，光譜成像技術(shù)是指利用多個(gè)光譜通道進(jìn)行圖像采集、顯示、處理和分析解釋的技術(shù)。如下圖所示，探測(cè)器件隨著波長(zhǎng)的掃描而采集相應(yīng)圖像，則可以得到光譜圖像序列。利用光譜圖像序列進(jìn)行分析處理，不但可以得到光譜信息，還可以得到圖像信息，因此光譜成像技術(shù)是光譜分析與圖像分析的有機(jī)結(jié)合。

光譜成像技術(shù)的發(fā)展與溯源：

1.圖像技術(shù)與光譜成像

圖像是反映客觀事物或過(guò)程某些與空間、時(shí)間有相互關(guān)聯(lián)的特征量的信息陣列。映射產(chǎn)生圖像，圖像反映或描述客觀事物或其運(yùn)動(dòng)過(guò)程。它們之間的關(guān)系可以表示如下：

一般來(lái)說(shuō)，圖像用函數(shù)形式可表示為：I=f（x，y，z，t，λ，…）

其中I為像素值，x，y，z為三維空間坐標(biāo)，t為時(shí)間坐標(biāo)，入為波長(zhǎng)坐標(biāo)。而近一二十年成像技術(shù)發(fā)展很快，特別是在圖像的空間分辨率和時(shí)間分辨率方面。如掃描隧道顯微鏡已觀察到物體表面原子的排列圖像，核磁共振波譜成像技術(shù)已經(jīng)可以描繪中、小型蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)中原子的三維空間分布圖像，它們的空間分辨率已達(dá)到10-11m。高速攝影技術(shù)已經(jīng)能夠觀察到激光核聚變過(guò)程中時(shí)間分辨率達(dá)到10-11s的掃描圖像，伴隨著飛秒激光技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，圖像的時(shí)間分辨率還將進(jìn)一步提高。

在圖像空間分辨率和時(shí)間分辨率不斷得到提高的背景下，有關(guān)波長(zhǎng)方面或光譜分辨率的研究必然會(huì)得到不斷深入。如現(xiàn)在成像所用的信息載子范圍不斷擴(kuò)展，不僅有光子，而且還包括各種頻帶的電磁波、能量波和粒子束，如射頻波、紅外光、可見光、紫外光、X 射線、γ射線、中子、電子、離子、質(zhì)子甚至聲子等。另一方面在每一個(gè)“波段”范圍內(nèi)，毫無(wú)疑問(wèn)，進(jìn)行波長(zhǎng)分辨或光譜分辨同樣也勢(shì)在必行，這也就等于宣告光譜成像技術(shù)的誕生具有歷史必然性。

由此可見，光譜成像技術(shù)是成像技術(shù)發(fā)展的最新階段，是成像技術(shù)不斷發(fā)展的必然結(jié)果。

2.光譜分析和光譜成像

光譜分析和光譜儀器在現(xiàn)代科技、生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)、宇宙開發(fā)等領(lǐng)域中獲得廣泛的重視和推廣應(yīng)用，具有一系列明顯優(yōu)點(diǎn)：如分析靈敏度高、準(zhǔn)確性好、方便快捷等。盡管如此，伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，光譜分析技術(shù)同樣遇到前所未有的挑戰(zhàn)。當(dāng)用光譜儀器進(jìn)行分析時(shí)，對(duì)于試樣的勻質(zhì)性必須給予足夠的重視。一般光譜儀器收集的是試樣的總體信息，當(dāng)分析試樣是液體或氣體時(shí)，試樣的非勻質(zhì)性并不影響檢測(cè)結(jié)果。但當(dāng)試樣是固體時(shí)，試樣的空間非勻質(zhì)性可能導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)嚴(yán)重偏差或者喪失大量有用信息。因此在進(jìn)行“定性”和“定量”分析的同時(shí)，還必須給出“位置”信息。如在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，為正確診斷必須得到病理組織的準(zhǔn)確病變位置；在制藥領(lǐng)域，了解分子的空間活性位點(diǎn)對(duì)于藥物的設(shè)計(jì)具有重要意義；在工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)中，同樣必須準(zhǔn)確給出產(chǎn)品缺陷的位置。要解決這些問(wèn)題，毫無(wú)疑問(wèn)，最自然的辦法便是光譜成像技術(shù)。

從以上的分析不難看出，現(xiàn)代光譜分析技術(shù)不僅要回答“是什么”（What）和“有多少”（How much）的問(wèn)題，而且最好還能回答“何時(shí)發(fā)生變化”或“隨時(shí)間怎樣變化”（When）以及“在哪發(fā)生變化”（Where）的問(wèn)題，在此簡(jiǎn)稱“四 W”或“四定”（定性、定量、定時(shí)、定位）問(wèn)題。而要同時(shí)回答“四W”問(wèn)題，必須采用光譜成像技術(shù)。可見光譜成像技術(shù)是光譜分析技術(shù)的最新發(fā)展，是光譜分析發(fā)展的必然要求。