高光譜成像儀作為一種無損檢測設(shè)備，可以準(zhǔn)確的獲取對象的光譜數(shù)據(jù)，進(jìn)而對對樣本進(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。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到別的寬波段無法探測到的物體，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)或檢測對象，不利于快速檢測，因此，點(diǎn)掃描方式常用于微觀對象的檢測。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，是果蔬品質(zhì)檢測時(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來開發(fā)多光譜成像系統(tǒng)很有必要。多光譜成像技術(shù)的原理，是利用物體對不同波長光線的吸收存在差異，通過對目標(biāo)物體在一組紅外和近紅外范圍內(nèi)特定光線波長中的光強(qiáng)度變化進(jìn)行監(jiān)測，來實(shí)現(xiàn)檢測、辨別等應(yīng)用需求。其最大的優(yōu)勢就是所捕獲的單色圖像的波長是通過窄帶濾波器自由選擇的最有效波長，以達(dá)到實(shí)時(shí)檢測的目的。

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分光。使用棱鏡分光，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，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大小相關(guān)。使用光柵分光優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、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。