序言
以课堂展示为契机，系统梳理一下成像、多光谱成像、FP干涉原理。
成像
在阐述“多光谱成像”这个概念之前，首先说说什么是“光”。从物理来看，光本质就是一种电磁波，一个极其单调枯燥乏味的定义。浪漫一点看，浮生万物体内的能量总是直接或间接地来自光合作用(极少数硝化细菌除外，以后不严谨的说法不再打补丁)，我们都是光！自古以来，不论何方，光也被寄予着许多浪漫情思，光是风物，有“水光潋滟晴方好”的岁月静好；光是思念，有“床前明月光”的羁旅思亲之孤寂；光是感慨，有“夕阳无限好”的岁月迟暮之悲，你还相信光吗？除了在中国，法国的莫奈也在用画笔穷其一生追光。
图1 莫奈~日出印象
为了留住那光影变迁的瞬间，捕获刹那即逝的美好，莫奈画画时总是一次铺开十几个画板，同时作画，用笔尖去追逐光的速度，最终患上白内障。谁能想到就是这样一个极致的追光者，在失明后却创作出睡莲，这幅光与影运用到极致的神作，原来莫奈是用心留住了光。
图2 莫奈~睡莲
然而我们凡夫俗子既无文笔也无画笔，又该如何留住光、定格回忆呢？答案就是：相机成像技术。
图3 电磁波谱段
上图所示的是电磁波谱段，由图可见，可见光只占其中很小的一部分，波长范围大概在400nm-760nm，除此之外，长波红外，短波紫外也是广义上的光。
描述光的参数大概、主要、一般就是：
- 波长
- 光强
不同波长的光对应不同颜色，由于颜色在成像过程中更加直观，因此后文就用颜色代替波长这个概念。基于以上分析，要记录光只需要记录其颜色和光强即可。那相机到底是如何记录光的颜色和对应光强呢，先来看看相机成像原理：
图4 相机成像结构及原理
图中其余结构都不重要，只需要知道CMOS是一种成像探测器，除此之外CCD也是一种常用的成像探测器，成像探测器可以将光强转化为电参的大小即记录光强。等等，还有点不对劲！刚才说了要实现成像除了记录光强之外还需要记录颜色啊，这成像探测器只记录了光强怎么可以说就完成了成像呢？非常遗憾的是，到目前为止所有的成像探测器都不能记录颜色信息，只能记录光强信息。只记录光强信息得到的图像即灰度图，下面展示就是一张灰度图，光强越亮的地方对应到图上也就越白。
图5 灰度图
然而人类怎么会满足于对着灰蒙蒙的图回忆过往多彩的生活呢？如何实现彩色成像成像呢？在阐述如何实现彩色成像前先说说一些其它的相关事情。头一件事情就是，虽然可见光波长大概是400nm760nm，根据前文波长颜色的说法，不严谨地说，可见光大概有760-400=360种颜色。第二件事情就是人眼只对可见光360种颜色中的红色（R）、绿色（G）、蓝色(B)这3种颜色敏感。因此，在成像过程中我们不需要把这360种颜色的光强信息一一记录下来，我们只需要记录下R、G、B这三种颜色的光强信息就可以了，分别称为R通道、G通道、B通道图像。那么问题又来了，以R通道图像的形成为例，通常物体反射进入相机的光是360种颜色糅在一起的一团浆糊，如何只记录红色光的光强信息呢？这里还需要借助滤光片，滤光片可以只让特定颜色的光通过，而阻挡其它颜色的光。借助红色滤光片，我们可以滤除除红光以外的所有其它光，最终只让红光照射到图4相机结构中的CMOS成像探测器，进而记录红光的光强信息。对于G通道、B通道成像原理相同不再赘述。
图6 图像处理女神————Lenna回眸一笑照
以图像处理女神————Lenna回眸一笑照为例，为了获得这种彩色照片，可以在成像探测器前分别加上R滤波片、G滤波片和B滤波片从而分别获取R灰度图、G灰度图和B灰度图。
图7 Lenna R/G/B通道下灰度图
咦！？不是说好，获得彩色图像的吗？这还是灰色的啊，其实相机结构中成像传感器采集到的最原始的信息的图像就是如此，我们离彩色图像只有 壹 贰步之遥。图7我们分别得到了R/G/B三个通道下的灰度图，由于事先已经知道其记录光的颜色分别是红色、绿色、蓝色，因此我们可以人为将红色、绿色、蓝色赋在灰度图上，灰度图上越暗的地方，赋的颜色就越深，得到R、G、B各个通道下的彩图。
图8 Lenna R/G/B通道下彩图
最后采用一定算法将图8各个像素点的红色、绿色、蓝色融合就可以得到图6了。至此，解释完相机成像的过程。（其实还留个个小尾巴，实际相机拍照并不是分别拍R/G/B三张图像再融合为一张彩图而是基于“拜耳”成像原理https://blog.csdn.net/abcwoabcwo/article/details/107169865?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2defaultbaidujs_title~default-0.opensearchhbase&spm=1001.2101.3001.4242.0，一次性拍得R/G/B “三张”图像 ）
多光谱成像
上面说了那么多，其实不是废话。由上述可知，一般成像技术只用到图3电磁波谱中很窄窄的三段即R、G、B段而其余波段的光都被滤除了。简单来说，多光谱成像就是充分利用物质反射回来的光，利用几十上百段光对目标物体进行成像。
一束光照射到目标物体上，不同波长的光物体对其反射率不同，这就是物质的反射光谱。光谱是物质的指纹和身份证。多光谱成像技术将多光谱与成像技术融合，在获取目标物体空间信息的同时还能够获得表征其表面理化特性的光谱信息，是探测识别领域前沿和热点。
图9 多光谱成像
FP干涉原理
不写了。。。，以下将课堂汇报PPT隐藏敏感信息后贴上。。。
P1：老师好！各位同学好！今天我要分享的内容是“基于FP滤波结构的可调多光谱成像”，我的导师是########老师。
P2:我将从以下三个方面，给大家介绍一下基于FP滤波结构的可调多光谱成像
P3 & P4:首先我们来看看第一个关键词————多光谱成像。首先，问问大家光是什么？
*** 光是自然界的能量之源**
*** 光是人类沟通宇观、微观的桥梁**
*** 光是稍纵即逝的璀璨**
这就有点说来话长了，大家耐心待我细细道来。古今中外，“光”就被赋予无比崇高的地位，现代物理学家将光称为是人类沟通宇观和微观的桥梁，大到数亿光年的天体，小到原子，光是人类研究这些重要纽带。 光是自然的能量之源，我们生物体内的能量都直接或间接来自光合作用，可以说我们都是光的化身。光阴似箭，日月如梭，光是抓不住的回忆。 说了这么多大家可能已经烦了，下面大家注意了，我要进入主题了。为了留住光，古今中外，无数才俊或是用文字、或是用画笔都曾尝试过用笔尖的速度去追赶光的速度。 第三张图，是法国著名印象派画家莫奈的名画————撑阳伞的女人。莫奈非常善于用色彩去捕捉那光影变迁间画面。然而我们普通人，既无文字也无绘画功底，又该怎么留住光呢？
P5: 答案就是，成像技术。在学会捕捉光之前，我们先了解一下光。描述光的参数主要有颜色、强度和偏振态，我们要留住捕捉到光说白了就是记录下光的这些参数。
因此：
- 记录下光强度的图像，称为灰度图像
- 记录下光颜色的图像，称为彩色图像
- 记录下光偏振态的图像，称为偏振图像
由于我没有接触过偏振成像，因此我下面主要讲讲灰度图像和彩色图像的成像原理。
P6: 我们请出了大名鼎鼎的图像传感器，图像传感器是一种可以记录光强的器件。 目前图像传感器主要有CCD和CMOS两种。图像传感器可以将光的强度信息转变为电参量，完成对光强度信息的捕捉。
先来说说如何记录光的强度，得到灰度图像，这里我们就需要借助图像传感器。目前常用的图像传感器分为CMOS和CCD，就是一种光电耦合器件，能够将光强大小转化为电参量大小的传感器。
P7：最左边的回眸一笑的模特是图像处理界女神————Lenna,然而在中间的图像传感器看来她不过是一个个像素色块，图像传感器自身也是由一块块像素单元构成的，图像传感器的每个像素单元分别负责记录人物模特对应的色块的强度。模特色块越亮的地方，在最终的灰度图像中就越白，按照这个对应关系，将图像传感器每个像素记录的色块强度最终转化为灰度图像输出。
P8:上面说的就是数码黑白图像的成像原理，当然人们自然不会满足于拿着黑白图像去回忆，是吧。本来成像的照片都是灰蒙蒙的，于是上帝说让拜耳来吧，于是照片就变得丰富多彩了。拜耳提出了彩色成像原理。 大概意思是： 虽然物体反射回人眼的光是一段连续光谱，通俗来说，就是有很多颜色，但是人眼主要对其中的红光、绿光、蓝光敏感，因此在进行彩色成像是也无须记录下物体反射回来的各种颜色的光，退而求其次，只需要记录其下中的红、绿、蓝光就好了。那怎么记录下红、绿、蓝光呢？这还得请出灰度成像中的图像传感器。我们在图像传感器每个像素前加上光学滤波结构，光学滤波结构就是只让特定颜色的光透过，而阻挡其余颜色光的光学元件。通过在图像传感器像素前添加R，G，B滤波结构，就可以让图像传感器只记录下物像总红、绿、蓝光的强度信息，得到红、绿、蓝下的三幅灰度图像，因为我们事先是已经知道每幅图像的颜色，因此按照其灰度值附上颜色信息得到红、绿、蓝颜色，就可以得到单色图像，最后将这三幅单色图像融合就得到了彩色图像。
P9: 以上是灰度图像和彩色图像的成型原理，接下来说一说多光谱成像。首先解释一下什么叫光谱————光谱就是复色光，以波长为横坐标，以强度为纵坐标的绘制的图像。
P10：前面说的这了多，可能还是觉我在说废话，下面真的要进入主题了。刚才介绍了灰度图像成像原理、彩色图像图像成像原理，一言以蔽之，灰度成像记录的是所有颜色光冗杂在一起的强度信息；彩色成像记录的是红光、绿光、蓝光的强度强度信息，一副彩色图像包含红光灰度图、绿光灰度图、蓝光灰度图三个切片； 理解以上，那理解多光谱成像就水到渠成了，彩色成像只记录的物体反射光中红、绿、蓝光的信息，绝大部分颜色光的信息都丢失了，多光谱成像就是记录几十上百种颜色光的信息的成像方式。左边这张图，直观展示了彩色成像和多光谱成像采集到的信息，彩色成像只有三种颜色灰度图像的切片而多光谱成像包含了几十上百种颜色灰度图像的切片。我们把物体在不同颜色下的灰度值画在一张图上，就得到了物体的反射光谱。
P11: 那获得物体的光谱有什么用呢？光谱是物质的指纹和身份证，光谱可以用于物质识别。而光谱成像在获取目标空间信息的同时还能够获得表征其表面理化特性的光谱信息，因此一直是探测识别领域的研究重点。
P12: 以航空楼D座下花草为对象进行多光谱成像，我拍了其在不同波段简单理解就是在不同颜色下的灰度图，由下面三幅大图为例，可以直观看到不同叶子在不同波段下的特征有明显差异。
P13: 进一步，获得不同植被的光谱特征曲线用于植被分类，右下图是分类结果，可见分类的效果还是挺好的。
P14: 我们已经了解到，彩色成像中需要借助滤波器件以分别得到红光、绿光、蓝光下的灰度图像，彩色图像也称为三光谱成像，多光谱成像就是获得红光、绿光、蓝光、紫光、橙光等等光下的灰度图像，当然也需要滤波器件了。今天我要介绍的就是FP滤波结构。
P15: 这一页是常用的滤波手段,下面我们重点看看FP滤波原理
P16: 两块平行放置的介质平板与板间介质构成FP腔，光在FP腔内发生多次反射和透射，当特定波长的光满足相干条件时相干增强，而其余波长的光相干相消，宏观上就表现为FP腔对光谱的选择透过性。公式（1）就是FP滤波原理，这个公式太复杂了，我们只需要知道左边 lamda_m 是FP腔的选择性透过光的波长，它受FP的腔长d,腔内介质折射率n的影响。
P17: 因此，我们通过改变FP腔的腔长d或腔间介质折射率n,就可以只让喜欢的颜色光透过，而滤除其余所有光。
P18: 我在网上找了很久FP滤波原理的直观解释，没有找到，我就自己画了一下，大概说说我的理解。图中蓝光、橙光，两束波长不同的光射进FP腔，它们在腔内经过多次反射、透射，最终一束分成了很多束，图中只画出了四束。由于左图的光波长满足FP相干条件，其所有射出FP腔的分光的相位差为周期的整数倍，峰值处错开了，因此叠加起来不会有损失；而左图中橙光射出FP腔的所有分光相位差不是周期的整数倍因此会有相互抵消的情况，以至于完全相互抵消。这就直观解释了FP选择透过性。
P21: 说了这么久，终于说到我要做的工作了。我们已经知道，改变FP腔长，可以调整其选择透过性光的波长，我的工作就是驱动FP腔长精准变化，达到捕获想要的光的目的。目前，基于########驱动，已经完成的部分如图，目前只是#########，后面我将向着############努力。
