與其他光譜成像一樣，高光譜成像收集和處理來(lái)自電磁波譜的信息。目標(biāo)是獲得場(chǎng)景圖像中每個(gè)像素的光譜，可用于尋找物體，識(shí)別材料或檢測(cè)過(guò)程。其光譜成像有兩種，其一是推掃式掃描，它能夠隨著時(shí)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(jiàn)光主要分為三個(gè)波段（長(zhǎng)波-被視為紅色，中波-被視為綠色，短波-被視為藍(lán)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(kuò)展到可見(jiàn)光以外。在高光譜成像中，記錄的光譜具有很好的波長(zhǎng)分辨率，覆蓋范圍很廣。高光譜成像測(cè)量連續(xù)光譜帶，而不是測(cè)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(cè)之中。高光譜傳感器使用電磁頻譜的很大一部分來(lái)觀測(cè)物體。某些物體在電磁頻譜中留下獨(dú)特的“指紋”。這些“指紋”被稱(chēng)為光譜特征，能夠用來(lái)識(shí)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(gè)圖像代表一個(gè)窄波長(zhǎng)范圍的電磁光譜，也被稱(chēng)為光譜帶。這些圖像組合成一個(gè)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(chǎng)景的兩個(gè)空間尺寸，并表示光譜尺寸（包括波長(zhǎng)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?qǐng)D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(lái)測(cè)量的，即所捕獲光譜的每個(gè)波段的寬度。如果掃描器檢測(cè)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(shí)別對(duì)象。然而空間分辨率是光譜分辨率之外的另一個(gè)因素。如果像素太大，則會(huì)在同一像素中捕獲多個(gè)對(duì)象，從而難以識(shí)別。如果像素太小，則每個(gè)傳感器單元捕獲的能量很低，降低的信噪比降低了被測(cè)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?yàn)槊糠N技術(shù)都有優(yōu)缺點(diǎn)。

空間掃描：在空間掃描中，每個(gè)二維（2-D）傳感器輸出代表著一個(gè)全狹縫光譜（x，λ）。用于空間掃描的高光譜成像設(shè)備通過(guò)將掃描光投射到狹縫上并用棱鏡或光柵分散狹縫圖像來(lái)獲得狹縫光譜。這些系統(tǒng)的缺點(diǎn)是逐行分析圖像（使用推掃掃帚掃描儀），并將一些機(jī)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(guò)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，掃描采集空間信息。這需要穩(wěn)定的機(jī)械安裝并且需要精確的指向信息來(lái)重建圖像。線掃描系統(tǒng)在遙感中特別常見(jiàn)，也用于掃描傳送帶上經(jīng)過(guò)的物料。線掃描的一個(gè)特殊情況是點(diǎn)掃描（掃帚掃描器），其使用一個(gè)點(diǎn)狀孔而不是狹縫，因此點(diǎn)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(gè)二維傳感器輸出代表場(chǎng)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(tái)靜止的情況下，通過(guò)一個(gè)接一個(gè)地交換過(guò)濾器對(duì)場(chǎng)景進(jìn)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(dòng)，便可能會(huì)發(fā)生光譜污點(diǎn)，從而使光譜相關(guān)性檢測(cè)失效。光譜掃描的優(yōu)點(diǎn)是能夠選擇光譜帶，并且能夠直接表示掃描介質(zhì)的兩個(gè)空間維度。

快照高光譜成像: 在快照高光譜成像中，單個(gè)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?qǐng)D像的高光譜設(shè)備一次性生成完整的數(shù)據(jù)，而不進(jìn)行任何掃描。從圖中可以看出，單個(gè)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(diǎn)是快照優(yōu)勢(shì)（光吞吐量更高）和采集時(shí)間更短。其設(shè)計(jì)方法包括計(jì)算層析成像光譜法、纖維重組成像光譜法、Lenslet陣列積分場(chǎng)光譜法、多孔徑積分場(chǎng)光譜法、帶圖像切片鏡的積分場(chǎng)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(jì)算工作量和制造成本都很高。為了減少快照?qǐng)D像高光譜儀器的計(jì)算需求和潛在的高成本，基于多變量光學(xué)計(jì)算的原型裝置被設(shè)計(jì)了出來(lái)。這些器件基于多變量光學(xué)元件光譜計(jì)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(jìn)行計(jì)算，從而使化學(xué)圖像依賴(lài)于傳統(tǒng)的攝像系統(tǒng)，而無(wú)需進(jìn)一步計(jì)算。然而作為這些系統(tǒng)的一個(gè)缺點(diǎn)，其從沒(méi)有獲得到光譜信息，即只有化學(xué)信息，這樣不利于我們對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

空間光譜掃描: 在空間光譜掃描中，每個(gè)二維傳感器輸出代表著波長(zhǎng)（λ=λ（y））、空間（x，y）圖。這項(xiàng)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(jī)所組成。其原理較為簡(jiǎn)單，通過(guò)在空間掃描系統(tǒng)之前放置一個(gè)色散元件，可以獲得先進(jìn)的空間光譜掃描系統(tǒng)。其掃描可以通過(guò)移動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)、單獨(dú)移動(dòng)相機(jī)或單獨(dú)移動(dòng)狹縫來(lái)實(shí)現(xiàn)。空間光譜掃描結(jié)合了空間和光譜掃描的一些優(yōu)點(diǎn)，從而相對(duì)彌補(bǔ)了它們的缺點(diǎn)。