與其他光譜成像一樣，高光譜成像收集和處理來自電磁波譜的信息。目標(biāo)是獲得場景圖像中每個像素的光譜，可用于尋找物體，識別材料或檢測過程。其光譜成像有兩種，其一是推掃式掃描，它能夠隨著時間的推移讀取圖像，其二是快照高光譜成像，凝視陣列瞬間生成圖像。

人眼可見光主要分為三個波段（長波-被視為紅色，中波-被視為綠色，短波-被視為藍色），光譜成像將光譜分為更多的波段。這種將圖像分割成帶的技術(shù)可以擴展到可見光以外。在高光譜成像中，記錄的光譜具有很好的波長分辨率，覆蓋范圍很廣。高光譜成像測量連續(xù)光譜帶，而不是測量間隔光譜帶的多光譜成像。

工程師們建造高光譜傳感器和處理系統(tǒng)，應(yīng)用于天文學(xué)、農(nóng)業(yè)、分子生物學(xué)、生物醫(yī)學(xué)成像、地球科學(xué)、物理學(xué)和監(jiān)測之中。高光譜傳感器使用電磁頻譜的很大一部分來觀測物體。某些物體在電磁頻譜中留下獨特的“指紋”。這些“指紋”被稱為光譜特征，能夠用來識別掃描構(gòu)成物體的材料。例如，石油的光譜特征可以幫助地質(zhì)學(xué)家找到新的油田。

高光譜傳感器收集信息作為一組圖像。每個圖像代表一個窄波長范圍的電磁光譜，也被稱為光譜帶。這些圖像組合成一個三維（X，Y，Y）高光譜數(shù)據(jù)立方體，用于處理和分析，其中X和Y表示場景的兩個空間尺寸，并表示光譜尺寸（包括波長范圍）。技術(shù)上講，傳感器可使用四種取樣超光譜立方體的方法：空間掃描、光譜掃描、快照圖像和空間光譜掃描。

這些傳感器的精度通常是以光譜分辨率來測量的，即所捕獲光譜的每個波段的寬度。如果掃描器檢測到大量相當(dāng)窄的頻帶，即便僅捕獲少數(shù)像素，依然可以成功識別對象。然而空間分辨率是光譜分辨率之外的另一個因素。如果像素太大，則會在同一像素中捕獲多個對象，從而難以識別。如果像素太小，則每個傳感器單元捕獲的能量很低，降低的信噪比降低了被測特征的可靠性。

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獲取高光譜立方體的三維（x，y，λ）數(shù)據(jù)有四種基本方法。其技術(shù)的選擇取決于具體的應(yīng)用，因為每種技術(shù)都有優(yōu)缺點。

空間掃描：在空間掃描中，每個二維（2-D）傳感器輸出代表著一個全狹縫光譜（x，λ）。用于空間掃描的高光譜成像設(shè)備通過將掃描光投射到狹縫上并用棱鏡或光柵分散狹縫圖像來獲得狹縫光譜。這些系統(tǒng)的缺點是逐行分析圖像（使用推掃掃帚掃描儀），并將一些機械部件集成到光學(xué)系統(tǒng)中。利用這些線掃描系統(tǒng)，通過平臺運動，掃描采集空間信息。這需要穩(wěn)定的機械安裝并且需要精確的指向信息來重建圖像。線掃描系統(tǒng)在遙感中特別常見，也用于掃描傳送帶上經(jīng)過的物料。線掃描的一個特殊情況是點掃描（掃帚掃描器），其使用一個點狀孔而不是狹縫，因此點掃描傳感器基本上是一維的而非二維。

光譜掃描：在光譜掃描中，每個二維傳感器輸出代表場景的單色空間（x，y）圖。用于光譜掃描的高光譜設(shè)備通?；诠鈱W(xué)帶通濾波器（可調(diào)諧或固定），在平臺靜止的情況下，通過一個接一個地交換過濾器對場景進行光譜掃描。然而在這種“凝視”光譜掃描系統(tǒng)中，如果系統(tǒng)中有移動，便可能會發(fā)生光譜污點，從而使光譜相關(guān)性檢測失效。光譜掃描的優(yōu)點是能夠選擇光譜帶，并且能夠直接表示掃描介質(zhì)的兩個空間維度。

快照高光譜成像: 在快照高光譜成像中，單個二維傳感器輸出包含所有空間（x，y）和光譜（λ）數(shù)據(jù)。用于快照圖像的高光譜設(shè)備一次性生成完整的數(shù)據(jù)，而不進行任何掃描。從圖中可以看出，單個快照代表數(shù)據(jù)管的透視投影，可以重建數(shù)據(jù)管的三維結(jié)構(gòu)。這些快照高光譜成像系統(tǒng)最顯著的優(yōu)點是快照優(yōu)勢（光吞吐量更高）和采集時間更短。其設(shè)計方法包括計算層析成像光譜法、纖維重組成像光譜法、Lenslet陣列積分場光譜法、多孔徑積分場光譜法、帶圖像切片鏡的積分場光譜法、成像光譜法、濾波疊加光譜分解法、編碼孔徑快照光譜成像法、圖像映射光譜法和多光譜Sagnac干涉法。然而，其計算工作量和制造成本都很高。為了減少快照圖像高光譜儀器的計算需求和潛在的高成本，基于多變量光學(xué)計算的原型裝置被設(shè)計了出來。這些器件基于多變量光學(xué)元件光譜計算引擎或空間光調(diào)制器，化學(xué)信息在成像前在光學(xué)領(lǐng)域進行計算，從而使化學(xué)圖像依賴于傳統(tǒng)的攝像系統(tǒng)，而無需進一步計算。然而作為這些系統(tǒng)的一個缺點，其從沒有獲得到光譜信息，即只有化學(xué)信息，這樣不利于我們對實驗數(shù)據(jù)進行處理分析。

空間光譜掃描: 在空間光譜掃描中，每個二維傳感器輸出代表著波長（λ=λ（y））、空間（x，y）圖。這項技術(shù)的原型于2014年推出，由狹縫分光鏡（狹縫 色散元件）和其后面非零距離處的攝像機所組成。其原理較為簡單，通過在空間掃描系統(tǒng)之前放置一個色散元件，可以獲得先進的空間光譜掃描系統(tǒng)。其掃描可以通過移動整個系統(tǒng)、單獨移動相機或單獨移動狹縫來實現(xiàn)?？臻g光譜掃描結(jié)合了空間和光譜掃描的一些優(yōu)點，從而相對彌補了它們的缺點。