光譜成像儀將計算機成像技術(shù)和光譜技術(shù)進行有機結(jié)合而發(fā)展起來的一種新型無損檢測技術(shù)，被廣泛的應(yīng)用于業(yè)分選、精準農(nóng)業(yè)、色差檢測、食品檢測、醫(yī)學(xué)制藥、文物保護、刑偵檢測、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。本文對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)的光波波長組成的光學(xué)圖像。因此高光譜成像就是指在特定的波長范圍內(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)塊的過程。一個典型的高光譜數(shù)據(jù)塊示意圖如下圖所示，進行高光譜成像時，成像儀通過接收被測物體表面反射和透射光以及在X軸上進行分光，在Y軸上進行成像，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到2~3nm。在利用高光譜成像技術(shù)在獲得樣品圖像的同時，還能夠為圖像上每個像素點提供上千個波長點的光譜信息，因此包含了樣品內(nèi)部豐富的成分含量信息，可以達到實現(xiàn)樣品的成分、含量、空間分布的無損測量的目的。

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

使用線陣探測器來接收目標信息，其原理如上圖所示，通過掃描鏡的左右擺掃可以完成一維的掃描，當光譜儀隨機載平臺移動就可以完成二維的空間掃描，得到帶狀二維空間信息，同時在揮掃中光譜儀可以得到對應(yīng)線陣探測器的瞬時視場角內(nèi)的光譜信息，最后經(jīng)數(shù)據(jù)處理即可得到目標的三維數(shù)據(jù)立方體。揮掃方式的優(yōu)點是其瞬時視場較小，因此系統(tǒng)像質(zhì)較高，通過揮掃能夠得到較大的總視場。但是儀器中掃描的機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成儀器體積龐大，又由于光機掃描使每個像元的凝視時間很短，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

采用面陣探測器來接收目標信息，其原理如上圖所示面陣探測器本身完成了垂直飛行方向的掃描，當光譜儀隨機載平臺移動時會同時得到目標的空間維信息和光譜信息。與前者相比，推掃方式?jīng)]有用于掃描的機械結(jié)構(gòu)，體積小、實用性和可靠性較強，適用于棱鏡或光柵分光方式的光譜儀。但光學(xué)設(shè)計上的困難使得推帚式光譜儀的總視場一般不大，若要增大視場一般需要在光學(xué)系統(tǒng)中添加指向鏡或補償鏡，但是這樣又會使系統(tǒng)的復(fù)雜度增加。

（3）采用凝視方式的光譜儀

同樣采用面陣探測器接收目標信息，原理如上圖所示，光譜儀采用二維視場成像方式，可以同時進行二維掃描，完成對二維目標空間的成像，通過搭載平臺完成沿軌道方向的畫幅式成像。其光譜信息和空間信息不能同時得到，需要通過系統(tǒng)內(nèi)的濾光片輪、可調(diào)諧濾光片或漸變?yōu)V光片等進行分光獲取光譜維信息，經(jīng)過數(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。