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高光譜成像是一種將光譜技術與成像技術相結合的強大技術，能夠以傳統成像係統無法實現的方式收集物體和表麵組成及特征的詳細信息。由於高光譜成像能夠以無破壞性的非侵入方式識別和量化材料，其在各種行業和研究應用中越來越受歡迎。
光譜成像是使用整個電磁波譜範圍內多個波段的成像技術。RGB 相機使用三個可見光波段（紅色、綠色和藍色）來生成圖像，而光譜成像可以檢查物體與許多其他波段的相互作用，包括 250 nm 到 15,000 nm 以及熱紅外波段。光與物質之間相互作用的研究稱為光譜學或光譜檢測。
圖 1.高光譜成像可以捕獲 250 nm 至 15,000 nm 以及熱紅外波長的光。
光譜成像係統中采用的成像技術可以捕獲和處理有關圖像內光波長的信息。這些係統旨在捕獲電磁波譜中超出人眼可見光範圍的多個波段或信息通道，然後該數據經過處理可以生成光譜數據的顏色編碼表示，從而提供有關圖像中物體的化學和物理特征信息。
高光譜成像涉及使用成像光譜儀（也稱為高光譜相機）來收集光譜信息。
高光譜相機會捕捉場景中的光，並將其分拆到各個不同的波長或光譜波段。它提供場景的二維圖像，同時記錄圖像中每個像素的光譜信息。
最後，高光譜相機會生成一張高光譜圖像，其中每個像素代表一個獨特的光譜。這種獨特的光譜類似於指紋。由於每種材料和化合物對光的反應都不同，因此它們的光譜特征也不同。就像指紋可用來識別個人一樣，光譜可以用來識別和量化場景中的材料。
高光譜成像係統會分析光譜響應，根據獨特光譜來檢測圖像中的特征或物體並進行分類。
高光譜成像將數字成像與光譜儀的優勢相結合，可提供關於物體的物理和化學特性的空間和光譜信息。光譜信息可用於識別材料並對其進行分類，空間信息則提供了關於材料分布和區域分離的數據。高光譜成像可以回答有關“什麼”（基於光譜）、“哪裏”（基於位置）和“何時”的問題。
圖 2：為了匹配人眼的視覺效果，葉子的數碼照片（上圖）使用紅綠藍三個波段來生成。RGB 數據相當於一本三頁的小冊子。相比之下，葉子的高光譜圖像（下圖）會捕獲 220 個波長的光譜響應。這就相當於一本 220 頁的書，其中包含相應物體的更多詳細信息。
高光譜成像的主要優勢之一是其空間和光譜分辨率高，可以對材料進行詳細表征分析。
高光譜相機可以測量成千上萬甚至數十萬個光譜，從而生成包含位置、波長和時間相關信息的大型高光譜數據立方體。
高光譜成像讓我們能夠區分具有相似物理或視覺特征的材料，或者具有人眼無法分辨的材料，例如不同的礦物。
高光譜成像技術在工業、研究和遙感中的應用越來越廣泛。
高光譜成像係統提供的數據可在檢測期間用於查找或分選普通相機或人眼看不見的各種材料，或者量化材料的濃度。例如，集成到在線質量控製係統中後，高光譜成像係統可用於識別產品中的異物、汙染物以及脂肪、糖分或水分含量。
通過遙感獲取的高光譜圖像可以提供礦物或植被等地表信息。
高光譜成像可用於各種應用，包括：
環境監測：監測土地利用、植被健康和水質隨時間的變化。這有助於檢測生態退化的早期跡象並跟蹤保護工作的效果。
礦產勘探：測繪礦床，檢測礦物成分和分級。
質量控製：以沒有破壞性的方式，對食品進行檢查和分級或者對工業產品中的汙染物和缺陷進行檢測。
廢品管理：以高精度可靠地分離各種各樣的材料。此信息可用於實現回收過程自動化並提高回收材料的價值。
農業：評估作物的健康狀況和產量，監測土壤水分和養分含量，從而優化作物管理實踐並提高作物產量。
軍事偵察：檢測和識別危險材料等等。
綜上所述，高光譜成像既是重要的研究工具，也是非常有用的機器視覺技術，有助於各行各業改進工藝流程、提高質量和減少浪費。
