高光譜成像儀在對(duì)樣本進(jìn)行分析時(shí)，可以獲取樣本的高光譜圖像，高光譜圖像是一個(gè)具有“圖譜合一”特點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)立方體，而高光譜圖像的處理和分析是對(duì)樣本進(jìn)行定量和定性分析的重要依據(jù)。那么，高光譜成像儀怎么獲取圖譜？高光譜成像儀圖譜怎么分析？

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)或檢測對(duì)象，不利于快速檢測，因此點(diǎn)掃描方式常用于微觀對(duì)象的檢測。

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，因此該方式是水果和蔬菜品質(zhì)檢測時(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，因此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。

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對(duì)象之間的作用關(guān)系，經(jīng)過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)行快速無損檢測。

高光譜成像儀圖譜分析方法：

1.光譜處理與分析

為了消除光散射、光程畸變和隨機(jī)噪聲對(duì)光譜造成的影響，在光譜數(shù)據(jù)建模前，一般使用光譜預(yù)處理技術(shù)對(duì)光譜進(jìn)行預(yù)處理。平滑、求導(dǎo)、歸一化、多元散射校正、傅里葉變換和小波變換是常見的光譜預(yù)處理方法。不同的預(yù)處理方法具有不同的作用，例如平滑可以用來降低光譜中的隨機(jī)噪聲；對(duì)光譜求一階或二階導(dǎo)數(shù)可以用于移除峰谷重疊和基線漂移，同時(shí)也可以根據(jù)導(dǎo)數(shù)的波峰和波谷選取特征波長；歸一化和多元散射校正用于降低由于樣本表面形狀差異而帶來的光散射現(xiàn)象；傅里葉變換和小波變換則可以把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至復(fù)數(shù)域進(jìn)行相關(guān)的處理。通常情況下，需要根據(jù)光譜的數(shù)據(jù)特點(diǎn)和具體應(yīng)用選擇合理的預(yù)處理方法。

光譜數(shù)據(jù)蘊(yùn)含著樣本的特征信息，不同特征的樣本的光譜曲線差異很大。往往需要利用多元分析的方法對(duì)樣本的特征進(jìn)行定性或定量的分析。基于多元分類的定性分析一般用于樣本缺陷的識(shí)別與提取以及安全性的定性判定?；诙嘣貧w的定量分析一般用于樣本內(nèi)部品質(zhì)和影響安全性的物質(zhì)含量的定量分析。

2.圖像處理與分析

高光譜圖像在每一個(gè)響應(yīng)波長處都有一個(gè)單色圖像，龐大的圖像數(shù)據(jù)大大增加了高光譜圖像的采集和處理時(shí)間，同時(shí)數(shù)據(jù)存在較大的冗余，且并不是每一個(gè)波長處的單色圖像都適合于檢測。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)樣本的快速在線檢測，必須挑選適合進(jìn)行特定品質(zhì)檢測的有效圖像。有效圖像一般為位于特征波長處的單色圖像，其選擇方法等同于特征波長的選擇，既可以依據(jù)原始光譜和預(yù)處理光譜曲線的波峰波谷位置進(jìn)行選取，也可以通過多元分析方法進(jìn)行選取。

圖像處理和分析是實(shí)現(xiàn)樣本自動(dòng)檢測的關(guān)鍵步驟。圖像處理是圖像分析和品質(zhì)檢測的前提和基礎(chǔ)。圖像處理操作的對(duì)象是圖像，輸出的結(jié)果則是便于品質(zhì)分析的特征向量。圖像處理包括圖像預(yù)處理、圖像分割和特征提取三個(gè)方面。