高光譜成像儀作為一種無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，可以準(zhǔn)確的獲取對(duì)象的光譜數(shù)據(jù)，進(jìn)而對(duì)對(duì)樣本進(jìn)行定量和定性分析。那么，高光譜成像儀是怎么成像的？高光譜成像儀有哪些分光方式？本文為大家做了介紹。

高光譜成像儀的成像原理：

高光譜成像系統(tǒng)主要由光源、CCD攝像機(jī)、成像光譜儀、鏡頭、圖像采集卡、計(jì)算機(jī)及控制裝置等組成，見下圖1。其最主要的工作部件是成像光譜儀，它是一種新型傳感器，于20 世紀(jì)80年代初發(fā)展起來(lái)。該光譜儀最重要的特點(diǎn)在于波段多且寬度窄，使得高光譜成像儀能探測(cè)到別的寬波段無(wú)法探測(cè)到的物體，光譜響應(yīng)范圍更廣，光譜分辨率更高，能夠更加精細(xì)地發(fā)現(xiàn)被探測(cè)物的微小特征，更重要的是它可以提供空間域和光譜域信息的結(jié)合，也就是“圖譜合一”，但同時(shí)也存在著數(shù)據(jù)量大、冗余信息多的特點(diǎn)。

根據(jù)高光譜圖像采集和形成方式的不同，其獲取方式可以分為點(diǎn)掃描、線掃描和面掃描3種方式。點(diǎn)掃描方式每次只能獲取1個(gè)像素點(diǎn)的光譜，為獲取高光譜圖像需頻繁地移動(dòng)光譜相機(jī)或檢測(cè)對(duì)象，不利于快速檢測(cè)，因此，點(diǎn)掃描方式常用于微觀對(duì)象的檢測(cè)。線掃描方式每次可以獲取掃描線上所有點(diǎn)的光譜，該方式特別適合于傳送帶上方物體的動(dòng)態(tài)檢測(cè)，是果蔬品質(zhì)檢測(cè)時(shí)最常用的圖像獲取方式。點(diǎn)掃描和線掃描方式都是在空間域進(jìn)行掃描，而面掃描是在光譜域進(jìn)行掃描的方式，面掃描方式每次可以獲取單個(gè)波長(zhǎng)下完整的空間圖像，通過面掃描獲取高光譜圖像時(shí)需要轉(zhuǎn)動(dòng)濾光片切換輪或調(diào)節(jié)可調(diào)濾波器。面掃描方式一般用于所需波長(zhǎng)圖像數(shù)目較少的多光譜成像系統(tǒng)中。

所謂的高光譜圖像就是數(shù)據(jù)立方塊，指在光譜維度上進(jìn)行了更加細(xì)致的分割，在光譜維度上有多個(gè)通道。通過高光譜設(shè)備獲取到的數(shù)據(jù)立方塊，不僅可以獲得圖像上每個(gè)點(diǎn)的光譜數(shù)據(jù)，而且可以獲得任一譜段的圖像信息。

由于高光譜數(shù)據(jù)信息量大，冗余度高，在實(shí)際應(yīng)用中選擇最有效的波長(zhǎng)來(lái)開發(fā)多光譜成像系統(tǒng)很有必要。多光譜成像技術(shù)的原理，是利用物體對(duì)不同波長(zhǎng)光線的吸收存在差異，通過對(duì)目標(biāo)物體在一組紅外和近紅外范圍內(nèi)特定光線波長(zhǎng)中的光強(qiáng)度變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、辨別等應(yīng)用需求。其最大的優(yōu)勢(shì)就是所捕獲的單色圖像的波長(zhǎng)是通過窄帶濾波器自由選擇的最有效波長(zhǎng)，以達(dá)到實(shí)時(shí)檢測(cè)的目的。

高光譜成像儀有哪些分光方式？

根據(jù)分光方式光譜儀可以分為棱鏡型、光柵型、干涉型等。

（1）棱鏡型分光方式

利用的是棱鏡的色散能力來(lái)分光。使用棱鏡分光，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，能量透過率高，雜散光少。缺點(diǎn)是單一材料的棱鏡的色散是不均勻的，光譜的分辨率存在非線性，同時(shí)單棱鏡還會(huì)帶來(lái)譜線彎曲及色畸變。如今使用棱鏡的光譜儀多數(shù)采用復(fù)合棱鏡或曲面棱鏡來(lái)修正色散的非均勻性，如雙阿米西棱鏡、Littrow 棱鏡、阿貝恒偏向棱鏡等。

（2）光柵型分光方式

利用的是光柵衍射原理，光束經(jīng)過光柵后由于衍射和干涉會(huì)在像面上形成明暗相間的條紋，這些條紋的極大位置與波長(zhǎng)大小相關(guān)。使用光柵分光優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、色散線性，并且由于光柵型光譜儀的光譜分辨率與狹縫寬度成反比，因此其光譜分辨率較高。缺點(diǎn)是光柵型光譜儀存在高階譜線，會(huì)分散一部分能量還會(huì)對(duì)工作譜段產(chǎn)生干擾，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多的雜散光。為了改進(jìn)這些缺陷，如今已經(jīng)開發(fā)出了新型的分光光柵如凸面光柵、凹面光柵，可以加強(qiáng)分光效率使結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)化，還有棱鏡-光柵組合元件。

（3）濾光片型分光方式

是應(yīng)用最早的分光方式，根據(jù)濾光片只有特定的波段可以通過的原理進(jìn)行分光。這種分光方式包括多相機(jī)式、濾光片輪式、線性漸變?yōu)V光片式、楔形濾光片式和可調(diào)諧濾光片式等。