高光谱成像仪是怎么成像的？高光谱成像仪有哪些分光方式？

高光谱成像仪作为一种无损检测设备，可以准确的获取对象的光谱数据，进而对对样本进行定量和定性分析。那么，高光谱成像仪是怎么成像的？高光谱成像仪有哪些分光方式？本文为大家做了介绍。

高光谱成像仪的成像原理：

高光谱成像系统主要由光源、CCD摄像机、成像光谱仪、镜头、图像采集卡、计算机及控制装置等组成，见下图1。其最主要的工作部件是成像光谱仪，它是一种新型传感器，于20 世纪80年代初发展起来。该光谱仪最重要的特点在于波段多且宽度窄，使得高光谱成像仪能探测到别的宽波段无法探测到的物体，光谱响应范围更广，光谱分辨率更高，能够更加精细地发现被探测物的微小特征，更重要的是它可以提供空间域和光谱域信息的结合，也就是“图谱合一”，但同时也存在着数据量大、冗余信息多的特点。

根据高光谱图像采集和形成方式的不同，其获取方式可以分为点扫描、线扫描和面扫描3种方式。点扫描方式每次只能获取1个像素点的光谱，为获取高光谱图像需频繁地移动光谱相机或检测对象，不利于快速检测，因此，点扫描方式常用于微观对象的检测。线扫描方式每次可以获取扫描线上所有点的光谱，该方式特别适合于传送带上方物体的动态检测，是果蔬品质检测时最常用的图像获取方式。点扫描和线扫描方式都是在空间域进行扫描，而面扫描是在光谱域进行扫描的方式，面扫描方式每次可以获取单个波长下完整的空间图像，通过面扫描获取高光谱图像时需要转动滤光片切换轮或调节可调滤波器。面扫描方式一般用于所需波长图像数目较少的多光谱成像系统中。

所谓的高光谱图像就是数据立方块，指在光谱维度上进行了更加细致的分割，在光谱维度上有多个通道。通过高光谱设备获取到的数据立方块，不仅可以获得图像上每个点的光谱数据，而且可以获得任一谱段的图像信息。

由于高光谱数据信息量大，冗余度高，在实际应用中选择最有效的波长来开发多光谱成像系统很有必要。多光谱成像技术的原理，是利用物体对不同波长光线的吸收存在差异，通过对目标物体在一组红外和近红外范围内特定光线波长中的光强度变化进行监测，来实现检测、辨别等应用需求。其最大的优势就是所捕获的单色图像的波长是通过窄带滤波器自由选择的最有效波长，以达到实时检测的目的。

高光谱成像仪有哪些分光方式？

根据分光方式光谱仪可以分为棱镜型、光栅型、干涉型等。

（1）棱镜型分光方式

利用的是棱镜的色散能力来分光。使用棱镜分光，优点是结构简单，性能稳定，能量透过率高，杂散光少。缺点是单一材料的棱镜的色散是不均匀的，光谱的分辨率存在非线性，同时单棱镜还会带来谱线弯曲及色畸变。如今使用棱镜的光谱仪多数采用复合棱镜或曲面棱镜来修正色散的非均匀性，如双阿米西棱镜、Littrow 棱镜、阿贝恒偏向棱镜等。

（2）光栅型分光方式

利用的是光栅衍射原理，光束经过光栅后由于衍射和干涉会在像面上形成明暗相间的条纹，这些条纹的极大位置与波长大小相关。使用光栅分光优点是结构简单、色散线性，并且由于光栅型光谱仪的光谱分辨率与狭缝宽度成反比，因此其光谱分辨率较高。缺点是光栅型光谱仪存在高阶谱线，会分散一部分能量还会对工作谱段产生干扰，同时会产生较多的杂散光。为了改进这些缺陷，如今已经开发出了新型的分光光栅如凸面光栅、凹面光栅，可以加强分光效率使结构更加简化，还有棱镜-光栅组合元件。

（3）滤光片型分光方式

是应用最早的分光方式，根据滤光片只有特定的波段可以通过的原理进行分光。这种分光方式包括多相机式、滤光片轮式、线性渐变滤光片式、楔形滤光片式和可调谐滤光片式等。