高光譜成像技術(shù)是近十幾年來(lái)興起的一種新型影像數(shù)據(jù)技術(shù)。起初主要應(yīng)用于軍事和遙感探測(cè)等領(lǐng)域，如今在眾多民用領(lǐng)域不斷拓展，涵蓋材料科學(xué)、地球物理、環(huán)境減災(zāi)、植被物種、農(nóng)作物與食品以及生物醫(yī)藥等方面。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，該技術(shù)涉及疾病診斷、生物醫(yī)藥研究和基礎(chǔ)研究等，在中醫(yī)研究中也有初步探索，如中醫(yī)辨證和舌診方面。然而，由于高光譜成像技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用尚處于起步階段，人體正常值的研究仍為空白。本文旨在通過(guò)應(yīng)用該技術(shù)對(duì)人體重要部位進(jìn)行顯示和分析，為高光譜成像人體研究、疾病診斷以及中醫(yī)面手診提供正常生理數(shù)據(jù)，對(duì)人體面部和手掌進(jìn)行了高光譜成像的圖像顯示及面手部位光譜分析，結(jié)果如下。

一、資料與方法

   受試對(duì)象及實(shí)驗(yàn)分組：本次研究的受試者共有 10 例，其中女性 5 例，男性 5 例，年齡在 25 至 55 歲之間，平均年齡為 33.1 歲。采集他們面部和手掌的高光譜圖像。

本研究應(yīng)用了400-1000nm的高光譜相機(jī)，可采用杭州彩譜科技有限公司產(chǎn)品FS13進(jìn)行相關(guān)研究。光譜范圍在400-1000nm，波長(zhǎng)分辨率優(yōu)于2.5nm，可達(dá)1200個(gè)光譜通道。采集速度全譜段可達(dá)128FPS，波段選擇后最高3300Hz（支持多區(qū)域波段選擇）。 

二、光譜分析

1、高光譜圖像直觀分析

（1）面部
①面部高光譜圖像特點(diǎn)：面部高光譜圖像能夠呈現(xiàn)全面部輪廓，口、鼻、眼、眉等器官清晰可辨，但耳和頭發(fā)較難分辨。面部雙側(cè)基本對(duì)稱(chēng)，雙側(cè)器官形狀和大小大致相同。面部高反光區(qū)域主要在顴、頰、額頭和鼻梁等部位，低反光部位則為眼、眉和嘴唇等。與可見(jiàn)光圖像不同，高光譜圖像無(wú)法看出人的相貌。
②不同光譜段面部圖像的特點(diǎn)：在 450 - 900nm 各光譜段記錄的圖像中，面部輪廓均可見(jiàn)，其中 580 - 830nm 段圖像更為清晰。530nm 以下圖像反光強(qiáng)度減弱，各部位趨于均勻，圖像變虛且雜波增加，500nm 以下背景噪聲逐漸增強(qiáng)；830nm 以上圖像在原高反光較強(qiáng)部位有所減弱，各部位也漸趨均勻，且與 530nm 以下不同的是圖像上雜波未增加。

（2）手掌
①手掌整體光強(qiáng)度分布特點(diǎn)：手掌高光譜圖像涵蓋全部手掌輪廓，可分辨各個(gè)部位和手指，指、大小魚(yú)際、掌指紋均清晰可見(jiàn)。手掌雙側(cè)基本對(duì)稱(chēng)，但不同部位和個(gè)體之間存在差異。手掌高反光部位在四指的指丘和大小魚(yú)際部位，五指末端反光較弱。通過(guò)高光譜圖像可以看出手掌的形態(tài)。

②不同光譜段面部圖像的特點(diǎn)：與面部高光譜圖像相似，在 450 - 900nm 各光譜段記錄的圖像中，手掌輪廓全部可見(jiàn)，580 - 830nm 段圖像更為清晰。530nm 以下圖像反光強(qiáng)度減弱，各部位趨于均勻，圖像變虛且雜波增加，500nm 以下背景噪聲漸強(qiáng)；830nm 以上圖像在原高反光較強(qiáng)部位有所減弱，各部位也漸趨均勻，且雜波未增加。

2、面部和手掌部位不同檢測(cè)波長(zhǎng)段的反光強(qiáng)度分析

（1）面部：對(duì)面部各部位光強(qiáng)度均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，無(wú)論哪個(gè)面部部位，在 450nm 和 730 - 880nm 區(qū)域光強(qiáng)度值較高，530 和 580nm 光強(qiáng)度值較低。從部位分析，下額光強(qiáng)度值稍高，其余部位較為接近。正常人面部雙側(cè)對(duì)稱(chēng)性良好，多數(shù)部位和器官雙側(cè)光強(qiáng)度差值不大；左右顴部在 450 - 630nm、左右嘴角在 450nm 差值稍大。
（2）手掌：在不同波長(zhǎng)下對(duì)手掌各部位光強(qiáng)度均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果與面部高光譜圖像相近，在 450nm 和 730 - 880nm 區(qū)域光強(qiáng)度值較高，530 和 580nm 光強(qiáng)度值較低。對(duì)手掌各部位光強(qiáng)度均值進(jìn)行右手減左手的統(tǒng)計(jì)，可見(jiàn)光強(qiáng)度值在手掌各部位均較接近，指根部位在不同光波波段時(shí)雙側(cè)差值稍大。

3、面部和手掌部位不同檢測(cè)波長(zhǎng)段分析部位的光譜分布特性

（1）面部光譜分布特點(diǎn)：通過(guò) PhySpec1.9.2 高光譜控制與分析軟件觀察到，面部部位的光譜曲線(xiàn)類(lèi)似，500 - 580nm 段光強(qiáng)度較低，不同部位的反光強(qiáng)度存在差異。在各部位光譜曲線(xiàn)上可看到某一或某些波長(zhǎng)處光強(qiáng)度出現(xiàn)突變的細(xì)節(jié)。對(duì)樣本均值所做的平均光譜曲線(xiàn)反映了群體特征，而不同個(gè)體的光譜曲線(xiàn)與群體和典型個(gè)體曲線(xiàn)在某些光譜段上有較大差異。
（2）手掌光譜分布特點(diǎn)：應(yīng)用 Physpec1.9.2 高光譜控制與分析軟件觀察到手掌左右側(cè)的光譜曲線(xiàn)類(lèi)同。與面部一樣，500 - 580nm 段光強(qiáng)度較低，不同部位的反光強(qiáng)度也有所差異，各光譜曲線(xiàn)上可看到某些波長(zhǎng)處光強(qiáng)度出現(xiàn)突變的細(xì)節(jié)。對(duì)樣本均值所做的平均光譜曲線(xiàn)反映了群體特征，不同個(gè)體的光譜曲線(xiàn)與群體和典型個(gè)體曲線(xiàn)在某些光譜段上差異較大。

三、結(jié)論

1. 高光譜圖像能夠清晰顯示面部器官和手掌的不同部位，其中 580 - 830nm 段圖像更為清晰。面部和手掌不同部位的反光強(qiáng)度不一致，光譜雙側(cè)基本對(duì)稱(chēng)，在光譜曲線(xiàn)上可顯示部位特征。

2. 高光譜成像技術(shù)可以清晰展現(xiàn)人體體表光譜分布特征，正常人的光譜分布規(guī)律將為疾病診斷和中醫(yī)辨證提供參考依據(jù)。