高光譜成像是一種將常規成像和光譜學相結合，獲取物體空間和光譜信息的技術。高光譜成像能夠獲取物體的空間信息和光譜信息，其成像結果可視為多個2D圖像堆疊成的3D立方體。本文將探究高光譜成像的技術實現方式與結果的3D可視化。

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高光譜成像

技術實現方式

傳統的成像方式只能獲得二維的平面數據，而高光譜成像獲得是三維數據，其成像方式也相應發生了改變，在發展過程中主要出現了四種方法：揮掃式（Whiskbroom）、推掃式（Pushbroom）、凝采式（Staring）以及快照式（Snapshot）。

圖1、四種主要的高光譜成像方式 (a) 揮掃式 (b) 推掃式 (c) 凝采式(d) 快照式

這四種光譜成像方法在應用于生物組織分析時各有優缺點。沒有“絕對”的最佳模式，不同場景適用的方式不同。但為了選擇給定生物醫學應用的模式，必須考慮不同生物組織的特性和檢測目標。一般來說，揮掃式和推掃式成像儀通常與顯微鏡配合使用，用于熒光和組織病理學分析。

圖2、四種高光譜成像方式對比。來源：Review of spectral imaging technology in biomedical engineering

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高光譜成像結果

3D可視化

對目標物體進行高光譜成像，其成像結果為多張2D灰度圖，將其按照光譜波長順序堆疊在一起便可視為一個由2D圖像構成的3D立方體（下文簡稱光立方），這些2D灰度圖無法合成為一張圖像，不便于分析和顯示。

圖3、RGB相機成像（左）高光譜成像（右）對比圖

為了能夠高效的對高光譜的成像結果進行分析，可視化高光譜成像的結果顯得尤為重要。如下圖，在光立方的XY軸平面上，數據是由X*Y個像素點構成的2D單通道灰度圖像，光立方的Z軸代表光波長，光立方是由不同光波長成像出的2D單通道灰度圖像構成的。光立方的可視化，即是對光立方中的大量2D灰度圖像的可視化。

圖4

光立方的可視化最直觀的方式便是在3D空間中渲染出一個3D立方體，這個3D立方體中包含了光立方中的所有圖像，觀察分析員可在任意角度上觀察這個3D立方體，這有利于觀察分析員對光立方的整體進行查看和分析。

圖5、高光譜成像的3D可視化示例

以上就是今天我們分享的部分知識。目前，高光譜成像的技術越來越完善，高光譜成像的實際應用也正在迅速發展。憑借靈敏度高且操作簡單的優勢，高光譜成像正在成為越來越多醫學研究關注的重點，為疾病的發病機理、組織病變、疾病診斷與治療、藥物效果評價等研究方向提供了新的思路和方法。

關于高光譜成像，還有更多知識正在研究中，之后我們會繼續就相關專業知識進行分享，感謝各位老師的持續關注，歡迎各位老師交流指導！