高光譜成像儀作為精密的光學(xué)儀器，它融合了傳統(tǒng)的成像和光譜技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，可以同時(shí)獲取被檢測(cè)物體的空間信息和光譜信息，具有圖譜合一的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)分選、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、色差檢測(cè)、食品檢測(cè)、醫(yī)學(xué)制藥、文物保護(hù)、刑偵檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。本文對(duì)高光譜儀的組成及獲取高普?qǐng)D像的方式做了介紹。

高光譜成像儀的構(gòu)成：

下圖為一個(gè)典型的高光譜成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，系統(tǒng)主要由面陣相機(jī)、分光設(shè)備、光源、傳輸機(jī)構(gòu)、及計(jì)算機(jī)軟硬件等五部分構(gòu)成。

光源是高光譜成像系統(tǒng)的一個(gè)重要部分，它為整個(gè)成像系統(tǒng)提供照明。分光設(shè)備是高光譜成像系統(tǒng)的核心元件之一，分光設(shè)備通過(guò)光學(xué)元件把寬波長(zhǎng)的混合光分散為不同頻率的單波長(zhǎng)光，并把分散光投射到面陣相機(jī)上。相機(jī)是高光譜成像系統(tǒng)的另一個(gè)核心元件。光源產(chǎn)生的光與被檢測(cè)對(duì)象作用后成為物理或化學(xué)信息的載體，然后通過(guò)分光元件投射到面陣相機(jī)。計(jì)算機(jī)軟件和硬件用來(lái)控制高光譜成像系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，針對(duì)特定的應(yīng)用進(jìn)行圖像和光譜數(shù)據(jù)的處理與分析，同時(shí)還可以為高光譜圖像提供存儲(chǔ)空間。

高光譜成像儀獲取圖譜的方式：

根據(jù)高光譜圖像采集和形成方式的不同，高光譜圖像的獲取方式可以分為點(diǎn)掃描、線掃描和面掃描三種方式。三種掃描方式的示意圖如圖所示。

點(diǎn)掃描方式圖（a）每次只能獲取一個(gè)像素點(diǎn)的光譜，為獲取高光譜圖像頻繁的移動(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（b）每次可以獲取掃描線上所有點(diǎn)的光譜，因此該方式特別適合于傳送帶上方的物體的動(dòng)態(tài)檢測(cè)，因此該方式是水果和蔬菜品質(zhì)檢測(cè)時(shí)最為常用的圖像獲取方式。點(diǎn)掃描和線掃描方式是在空間域進(jìn)行掃描的方式，不同于點(diǎn)掃描和線掃描方式，面掃描是在光譜域進(jìn)行掃描的方式。

面掃描方式（c）每次可以獲取單個(gè)波長(zhǎng)下完整的空間圖像，通過(guò)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，因此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。

根據(jù)光源和光譜相機(jī)之間的位置關(guān)系不同，高光譜圖像的獲取方式又可以分為反射、透射和漫透射三種方式。三種高光譜圖像獲取方式如下圖所示。

三種不同的獲取方式反映了光和檢測(cè)對(duì)象之間的作用關(guān)系，經(jīng)過(guò)不同形式作用后的光承載了豐富的內(nèi)部和外部信息，根據(jù)這些信息便可以對(duì)樣品進(jìn)行快速無(wú)損檢測(cè)。