光譜成像儀將計(jì)算機(jī)成像技術(shù)和光譜技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合而發(fā)展起來(lái)的一種新型無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，被廣泛的應(yīng)用于業(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)光譜成像儀的原理及掃描方式做了介紹，感興趣的朋友可以了解一下！

光譜成像儀成像的原理：

光譜根據(jù)分辨率的高低可以將其分成多光譜、高光譜、超光譜三種類型，這三種類型對(duì)應(yīng)的光譜分辨率分別為10-1λ以內(nèi)、10-2λ以內(nèi)、10-3λ以內(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。

光譜成像儀的掃描方式：

根據(jù)掃描方式分類，光譜成像儀的工作方式可以分為揮掃方式、推掃方式、凝視方式三種。

（1）揮掃方式（擺掃）的成像光譜儀

使用線陣探測(cè)器來(lái)接收目標(biāo)信息，其原理如上圖所示，通過(guò)掃描鏡的左右擺掃可以完成一維的掃描，當(dāng)光譜儀隨機(jī)載平臺(tái)移動(dòng)就可以完成二維的空間掃描，得到帶狀二維空間信息，同時(shí)在揮掃中光譜儀可以得到對(duì)應(yīng)線陣探測(cè)器的瞬時(shí)視場(chǎng)角內(nèi)的光譜信息，最后經(jīng)數(shù)據(jù)處理即可得到目標(biāo)的三維數(shù)據(jù)立方體。揮掃方式的優(yōu)點(diǎn)是其瞬時(shí)視場(chǎng)較小，因此系統(tǒng)像質(zhì)較高，通過(guò)揮掃能夠得到較大的總視場(chǎng)。但是儀器中掃描的機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成儀器體積龐大，又由于光機(jī)掃描使每個(gè)像元的凝視時(shí)間很短，因此很難提高光譜儀的空間和光譜分辨率。

（2）推掃方式（推帚）的成像光譜儀

采用面陣探測(cè)器來(lái)接收目標(biāo)信息，其原理如上圖所示面陣探測(cè)器本身完成了垂直飛行方向的掃描，當(dāng)光譜儀隨機(jī)載平臺(tái)移動(dòng)時(shí)會(huì)同時(shí)得到目標(biāo)的空間維信息和光譜信息。與前者相比，推掃方式?jīng)]有用于掃描的機(jī)械結(jié)構(gòu)，體積小、實(shí)用性和可靠性較強(qiáng)，適用于棱鏡或光柵分光方式的光譜儀。但光學(xué)設(shè)計(jì)上的困難使得推帚式光譜儀的總視場(chǎng)一般不大，若要增大視場(chǎng)一般需要在光學(xué)系統(tǒng)中添加指向鏡或補(bǔ)償鏡，但是這樣又會(huì)使系統(tǒng)的復(fù)雜度增加。

（3）采用凝視方式的光譜儀

同樣采用面陣探測(cè)器接收目標(biāo)信息，原理如上圖所示，光譜儀采用二維視場(chǎng)成像方式，可以同時(shí)進(jìn)行二維掃描，完成對(duì)二維目標(biāo)空間的成像，通過(guò)搭載平臺(tái)完成沿軌道方向的畫(huà)幅式成像。其光譜信息和空間信息不能同時(shí)得到，需要通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)的濾光片輪、可調(diào)諧濾光片或漸變?yōu)V光片等進(jìn)行分光獲取光譜維信息，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后才能得到三維數(shù)據(jù)立方體。凝視方式擺脫了機(jī)械掃描結(jié)構(gòu)，使得系統(tǒng)體積大幅減小，但后期的數(shù)據(jù)處理較為困難。