高光譜成像儀是什麽？

    高光譜成像儀是一項振奮人心的新技術，具有很大前景，特別是當使用現代機器學習軟件和作動器(例如：機器人或空氣噴射器)時，高光譜成像技術可以革新工業分類方法，使機器能夠執行人類難以完成的複雜任務。

    高光譜成像儀是什麽？

    高光譜成像技術是對2維圖像中每個像素的高分辨率光譜數據進行測量。標準型攝像機每一個像素提供三條光譜數據通道：紅色、綠色、藍色(RGB)，視覺者的大腦輸入這三種顏色的混合，並將其解釋為一種獨特的顏色。材料的反射光譜是一條連續的波段曲線，每個像素都有數百個波段數據點，標準光譜儀隻提供一個“像素”的光譜測量，而標準光譜儀隻提供一個“像素”的光譜測量，而沒有成像信息。多光譜成像儀指的是一個攝像機，每個像素提供幾個光譜數據通道，通常有4-12通道。超光譜一詞指的是：多個光譜數據點，它們產生一條接近連續的光譜曲線，通常每條曲線都有數百條光譜數據通道。但是，設計和製造高光譜成像儀器要比不成像光譜儀複雜得多，因為二維圖像中每個像素都需要有連續的光譜曲線，而較小化光譜畸變一直是一個很難解決的光學問題。

    超光譜成像儀日益流行的主要原因：

1.隨著技術的發展，相機越來越受歡迎，拍攝的速度也越來越快；

2.計算機能提供足夠的計算能力，以處理大量數據；

3.與現代機器學習算法相結合，科學家們能夠使用高光譜數據，甚至能精確地識別材料。

由於不同材料具有不同的反射光譜這一事實，該技術具有很強的實用性，在科研和工業上得到了迅速的發展。

    應用超光譜成像技術。

    農用設施

    農學方麵，不同植物的光譜不同，同一植物在不同條件下的光譜也不同。舉例來說，高光譜數據可用於提醒農民作物脅迫或害蟲的早期征兆，也可用於確定成熟度。在準確農業和環境監測中，高光譜成像技術的應用日益廣泛，相信在不久的將來，將會出現質的同位素。

全球研究的一部分是確定光譜特征與植物生理特征參數之間的精確關係，為除草劑、農藥和肥料的定點使用提供了可能。這一農作物管理技術將使農民有針對性地定量使用化肥，節約成本，獲得更大收益。高光譜技術因此獲得了強有力的製度支持，特別是亞洲，把糧食供給和環境保護作為核心問題。

    工業化應用

    與野外的農田和森林相比，工廠裏的環境控製更好，因此，高光譜圖像在工業分類中得到了越來越多的應用。常規視覺係統難以將顏色相似或外觀相似的物體分類，例如：難以區分顏色相近的果實、蔬菜，或與顏色相近的材料(例如再生塑料)。在標準的視覺係統分類失敗的情況下，分類工作隻能靠人工完成，而且成本高、速度慢、錯誤率高。

    利用超光譜成像技術，不僅可以用高光譜數據對類似顏色的材料進行分類，還可以獲得可見光範圍以外的信息，比如紅外、紫外等。即時機器學習算法可以秒級地處理數據，並將信息傳遞到機器手臂或空氣噴射之類的執行器上。

    軟體與算法

盡管攝像機的設計和製造在技術上是一項挑戰，但是開發一個可靠的工業分類高光譜軟件是一個機遇和挑戰。隨著深度機器學習知識的發展，簡單算法的應用日益廣泛，高光譜機器視覺軟件的開發是一個令人興奮的技術領域。

傳統的光譜圖數據分析方法是采用植被指數或光譜指數的概念，即所謂的波段組合，它是通過測量若幹特定波段的光譜強度，然後用簡單的代數組合計算得到的。舉例來說，較常見的植被指數(NDVI)歸一化差異植被指數(NDVI)較早用於多光譜遙感圖像，在每一個像素都能得到NDVI指數。

    雖然高光譜成像技術還處於起步階段，但其明顯的優勢在於能夠提供比傳統成像係統更豐富的數據。此外，該技術在數據采集、處理速度和計算複雜度等方麵的不足，已被許多實際應用所克服。通過對高光譜成像技術的不斷改進，使用戶能更好地了解高光譜成像技術的性能，從而更好地解決以前難以解決的大尺度、高光譜成像問題。