高光譜成像儀將光譜技術和傳統的二維圖像技術有機結合，具有光譜圖像合一、高分辨率和超多波段等優點，即獲取的高光譜圖像同時含有光譜信息和圖像信息，被廣泛的應用于環境監測、精細農業、地質勘查等領域。本文對高光譜成像儀的原理及具體應用做了介紹。

高光譜成像儀的原理：

高光譜成像技術是一種檢測速率快、對樣品沒有損傷、可以大范圍掃描分析樣品的檢測技術，被廣泛應用在農業、軍事、食品、環境、醫療、微生物、礦物勘探的研究中，高光譜成像技術在二維圖譜的獲取方面超越了拉曼光譜與 FT-IR，具有圖譜合一的優點，這是由于高光譜圖像特有的空間和光譜分辨率。空間分辨率與測量樣品圖像像素具有一定的幾何關系，而光譜分辨率確定了空間像素點代表的波長變化函數，每個空間像素點對應著一條具有數十至數百個光譜波段的連續光譜曲線。高光譜成像技術將傳統的二維RGB圖像與光譜技術相結合，通過將圖像上每個空間像素點的光譜特性與對應的空間信息聯系，來確定每個像素點所代表物質的化學性質，從而完成對不同樣品的詳細檢測分類。

使用高光譜成像光譜儀采集樣品的數據，不僅摻雜有噪音信息，還會受到儀器本身和外部環境的影響，因此往往需要利用光譜預處理過程來去除或削減干擾信息，保留更多有效信息，提高進一步的光譜數據處理的準確度。同時，高光譜數據是由數千個甚至數萬個數據點組成，相鄰數據間通常會呈現出高度相關的光譜特征，因此高光譜圖像中常常包含大量重疊的冗余信息。而數據量過大的高光譜數據在進行統計識別時，會出現數據特征維數過多的現象，導致“休斯”效應，為數據的處理帶來了巨大挑戰。休斯效應會對高光譜圖像的分類過程產生負面影響，導致分類器性能變差，分類識別結果的精確度降低，因此，在對高光譜圖像進行分類時，非常有必要找到一種對“休斯”效應具有魯棒性的化學計量學算法。

高光譜成像儀的應用范圍：

高光譜成像技術具有獨特的獲取信息和識別特征能力，可以同時獲取目標的空間和光譜信息。高光譜成像技術的一些典型應用如下：

1.環境監測

大部分自然災害、環境污染等危險事故在發生、發展過程中，光譜特性會不斷變化。利用高光譜成像技術可以準確地探測這些事故發生區域和發展過程。對于干旱洪澇、冰雹、地震、草原沙漠化、水土流失、水體污染以及海洋赤潮等現象的預報、監測、評估起到重要作用。

2.地質勘查

利用高光譜成像技術可以獲得目標的精細光譜，能夠準確判斷景物目標的光譜特性，有利于地質單元識別與礦產資源勘查，大地構造基巖變遷與地質構造研究，金屬、非金屬、煤汽油田等資源調查。

3.精細農業

通過高光譜成像技術可以區分農作物的種類，監測農作物在生長過程中發生的變化。在美國，已經實現了農場的高光譜數據的定期獲取，通過計算機處理數據，評估農作物長勢及產量、調查作物類別、檢測病蟲害等，對農作物施行針對性措施。

4.海洋遙感

高光譜成像技術可以檢測海洋和內陸水系，分析其生態環境、水色水質、水體溫度、葉綠素和浮游生物含量、泥沙含量、生態變化及污染檢測等。

5.大氣遙感

高光譜成像技術可以測定地球大氣中氣體成分，確定大氣溫度和水汽垂直分布，分析大氣變化過程，修正大氣遙感數據等。

6.生物醫學

隨著生物醫學領域的不斷發展，傳統的定性、定量分析已不能滿足分析檢測的要求，而利用高光譜成像技術可以精確獲得試樣中化學成分的定量分布及變化信息，在生物醫學領域有廣泛的應用前景。