簡析高光譜成像技術的優(yōu)勢和發(fā)展趨勢

近幾年，高光譜成像技術發(fā)展迅速，應用日益廣泛。根據(jù)國外某機構的研究報告預測，2030年全球高光譜成像系統(tǒng)市場規(guī)模將達558億美元。本文簡單分析了光譜成像技術的優(yōu)勢和發(fā)展趨勢。。

高光譜成像技術的優(yōu)勢

1. 有著近似連續(xù)的地物光譜信息

高光譜影像在經(jīng)過光譜反射率重建后，能獲取與被探測物近似的連續(xù)的光譜反射率曲線，與它的實測值相匹配，將實驗室中被探測物光譜分析模型應用到成像過程中。

2. 對于地表覆蓋的探測和識別能力極大提高

高光譜數(shù)據(jù)能夠探測具有診斷性光譜吸收特征的物質(zhì)，能準確的區(qū)分地表植被覆蓋類型，道路地面的材料等。

3. 地形要素分類識別方法是多種多樣的

影像分類既可以采用如貝葉斯判別、決策樹、神經(jīng)網(wǎng)絡、支持向量機的模式識別方法，也可以采用基于被探測物的光譜數(shù)據(jù)庫的光譜進行匹配的方法。分類識別特征是既可以采用光譜診斷特征，也可以采用特征選擇與提取。

4. 地形要素的定量和半定量分類識別將成為可能

在高光譜影像中能估計出多種被探測物的狀態(tài)參量，大大的提高了成像高定量分析的精度和可靠性。

高光譜成像技術的發(fā)展趨勢

1. 成本：低成本和小型化

雖然光譜成像技術的目標區(qū)分能力已經(jīng)在應用中得到證明，但是此技術目前還是主要作為科學研究工具，應用于實驗室作為光譜分析儀器或航天、航空等遙感領域。現(xiàn)有成熟的光譜成像技術的速度、體積、成本，限制了光譜成像技術的產(chǎn)業(yè)化應用。為縮短研究和產(chǎn)業(yè)之間的差距，隨著光場成像技術、mems技術、量子點技術、超表面結構技術、芯片鍍膜技術等的應用，光譜成像技術正朝著小型化、低成本方向發(fā)展。

2. 技術：立體化和動態(tài)化

常規(guī)的色散型、濾光型、干涉型光譜成像方式均需要某種形式的掃描，，這種空間或光譜掃描往往需要數(shù)秒甚至分鐘時間以獲取完整光譜數(shù)據(jù)立方體，僅適用于探測靜態(tài)場景、靜止目標，不適用于工作在光照變化、大氣擾動等復雜條件，難以探測動態(tài)目標。為滿足光譜成像應用于復雜工況條件，光譜成像技術正向著實時、快照式方向發(fā)展。

3. 應用：民用化和產(chǎn)業(yè)化

高光譜成像技術的發(fā)展可以追溯到上世紀80年代，當時主要應用在航天和遙感領域，并一直延續(xù)到2000年；2000年左右，市場上開始出現(xiàn)了一批商品化的高光譜設備，主要以光柵分光和液晶可調(diào)諧濾波器分光兩種技術為主。在這些儀器的基礎上，主要的應用領域也由最初的航天、農(nóng)業(yè)、軍事拓展到工業(yè)分選、文保、生物醫(yī)學等。在此期間，雖然儀器的成本還比較高，多數(shù)的應用還處在研究階段，不過在一些行業(yè)應用領域已經(jīng)開始產(chǎn)出研究成果了；高光譜技術和應用市場進入了快速發(fā)展的階段，在多個應用領域都有了比較成熟的解決方案。特別是近幾年來，人工智能的快速發(fā)展也為高光譜成像技術的應用開發(fā)和拓展提供了更大的發(fā)展空間。從整體上來看，朝著民用化商品化產(chǎn)業(yè)化的方向發(fā)展。