高光谱成像是一种将常规成像和光谱学相结合,获取物体空间和光谱信息的技术。高光谱成像能够获取物体的空间信息和光谱信息,其成像结果可视为多个2D图像堆叠成的3D立方体。本文将探究高光谱成像的技术实现方式与结果的3D可视化。
01
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高光谱成像
技术实现方式
传统的成像方式只能获得二维的平面数据,而高光谱成像获得是三维数据,其成像方式也相应发生了改变,在发展过程中主要出现了四种方法:挥扫式(Whiskbroom)、推扫式(Pushbroom)、凝采式(Staring)以及快照式(Snapshot)。
图1、四种主要的高光谱成像方式 (a) 挥扫式 (b) 推扫式 (c) 凝采式(d) 快照式
图2、四种高光谱成像方式对比。来源:Review of spectral imaging technology in biomedical engineering
03
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高光谱成像结果
3D可视化
对目标物体进行高光谱成像,其成像结果为多张2D灰度图,将其按照光谱波长顺序堆叠在一起便可视为一个由2D图像构成的3D立方体(下文简称光立方),这些2D灰度图无法合成为一张图像,不便于分析和显示。
图3、RGB相机成像(左)高光谱成像(右)对比图
为了能够高效的对高光谱的成像结果进行分析,可视化高光谱成像的结果显得尤为重要。如下图,在光立方的XY轴平面上,数据是由X*Y个像素点构成的2D单通道灰度图像,光立方的Z轴代表光波长,光立方是由不同光波长成像出的2D单通道灰度图像构成的。光立方的可视化,即是对光立方中的大量2D灰度图像的可视化。
图4
光立方的可视化最直观的方式便是在3D空间中渲染出一个3D立方体,这个3D立方体中包含了光立方中的所有图像,观察分析员可在任意角度上观察这个3D立方体,这有利于观察分析员对光立方的整体进行查看和分析。
图5、高光谱成像的3D可视化示例
以上就是今天我们分享的部分知识。目前,高光谱成像的技术越来越完善,高光谱成像的实际应用也正在迅速发展。凭借灵敏度高且操作简单的优势,高光谱成像正在成为越来越多医学研究关注的重点,为疾病的发病机理、组织病变、疾病诊断与治疗、药物效果评价等研究方向提供了新的思路和方法。
关于高光谱成像,还有更多知识正在研究中,之后我们会继续就相关专业知识进行分享,感谢各位老师的持续关注,欢迎各位老师交流指导!
参考文献:
1. D·赫恩, M.P.巴克, W.R.卡里瑟斯. 计算机图形学(第四版)[M]. 北京:电子工业出版社, 2014.
2.拉斐尔·C·冈萨雷斯, 查理德·E·伍兹. 数字图像处理(第三版)[M]. 北京:电子工业出版社, 2017.
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