高光譜成像技術(shù)的原理是什么？系統(tǒng)構(gòu)成？

高光譜成像技術(shù)是光譜成像技術(shù)的一種，它將傳統(tǒng)二維成像技術(shù)和光譜技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，既可以獲取目標(biāo)物的二維空間信息，又可以獲得一維光譜信息。該技術(shù)具有空間可識(shí)別性、超多波段、高的光譜分辨率、光譜范圍廣和圖譜合一等眾多優(yōu)點(diǎn)。高光譜成像技術(shù)的原理是什么？系統(tǒng)構(gòu)成是怎樣的呢？本文進(jìn)行了簡(jiǎn)單總結(jié)。

高光譜成像技術(shù)的原理：

光譜根據(jù)分辨率的高低可以將其分成多光譜、高光譜、超光譜三種類(lèi)型，這三種類(lèi)型對(duì)應(yīng)的光譜分辨率分別為10-1λ以?xún)?nèi)、10-2λ以?xún)?nèi)、10-3λ以?xún)?nèi)，而高光譜圖像就是由一系列連續(xù)的光波波長(zhǎng)組成的光學(xué)圖像。因此高光譜成像就是指在特定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)獲得由一系列連續(xù)的窄波段圖像組成的包含三維圖像數(shù)據(jù)塊的過(guò)程。一個(gè)典型的高光譜數(shù)據(jù)塊示意圖如下圖所示，進(jìn)行高光譜成像時(shí)，成像儀通過(guò)接收被測(cè)物體表面反射和透射光以及在X軸上進(jìn)行分光，在Y軸上進(jìn)行成像，從而獲得包含一維光譜和二維圖像的高光譜三維數(shù)據(jù)塊。通常高光譜的光譜范圍主要包括可見(jiàn)光譜區(qū)域（400～760nm）和近紅外光譜區(qū)域（760～2560nm），目前其光譜分辨率可以達(dá)到2~3nm。在利用高光譜成像技術(shù)在獲得樣品圖像的同時(shí)，還能夠?yàn)閳D像上每個(gè)像素點(diǎn)提供上千個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)的光譜信息，因此包含了樣品內(nèi)部豐富的成分含量信息，可以達(dá)到實(shí)現(xiàn)樣品的成分、含量、空間分布的無(wú)損測(cè)量的目的。

高光譜成像技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)成

一個(gè)典型的高光譜成像系統(tǒng)主要包含硬件和軟件這兩部分。硬件系統(tǒng)包括：電荷耦合器件探測(cè)器、成像光譜儀、鏡頭、光源及其控制器、可調(diào)載物臺(tái)、移動(dòng)步進(jìn)機(jī)等，而軟件系統(tǒng)包含運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)兩部分。通過(guò)將軟硬件進(jìn)行結(jié)合可以對(duì)樣品信息進(jìn)行快速采集，采集過(guò)程如下：首選是將樣品平穩(wěn)放置已調(diào)整好高光譜系統(tǒng)載物平臺(tái)上，而后應(yīng)用運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)啟動(dòng)移動(dòng)步進(jìn)機(jī)，以點(diǎn)掃描、線掃描或者面掃描進(jìn)行圖像的獲取，在圖像采集的過(guò)程中，被測(cè)物體表面的光反射和透射信息被高光譜成像儀接收，從而獲得在平面X軸、Y軸和光波長(zhǎng)入上的三維信息，因此既包含了圖像信息，也包含了光譜信息，而后將采集的圖譜信息儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中，從而進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析。