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高光谱成像仪是怎么工作的?

发布时间:2023-09-22
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高光谱成像仪​作为光电检测仪器,它将传统光谱仪的二维成像与光谱技术有机的融为一体,可以完整、无损地同时获取被测物的空间信息和光谱信息。高光谱成像仪的核心原理是光谱与图像合二为一,获得图像数据的同时,得到图像中每个像素的光谱信息,即高光谱数据多维立方体。本文度高光谱成像仪的工作原理做了介绍。

高光谱成像仪作为光电检测仪器,它将传统光谱仪的二维成像与光谱技术有机的融为一体,可以完整、无损地同时获取被测物的空间信息和光谱信息。高光谱成像仪的核心原理是光谱与图像合二为一,获得图像数据的同时,得到图像中每个像素的光谱信息,即高光谱数据多维立方体。本文度高光谱成像仪的工作原理做了介绍。

高光谱成像仪

高光谱成像是指在电磁波谱的光谱波段获取较高光谱分辨率(0.6-3.0nm)的图像信息的过程,其理论基础是利用电磁波谱对被测物特性进行分析并以成像的方式对被测物的光谱特性进行研究。所得数据是在特定波长范围内由一系列连续的窄波段图像组成的三维图像。现有高光谱成像系统的成像光谱范围包括400~1000nm,900~1700nm和1000-2500nm等3个标准光谱波段。

高光谱成像系统示意图

高光谱图像的采集方式包括逐点扫描式、线推扫式以及面帧式。目前,应用最多的是线推扫式。一个典型的线推扫式高光谱成像系统如上图所示,由电荷耦合器件CCD探测器、成像光谱仪、镜头、光源及其控制器、可调载物台、步进电机、运动控制系统和图像采集系统等组成。

其中,成像光谱仪以光栅型为主,是高光谱成像系统的核心部件,其内部有一个棱镜-光栅-棱镜单元。在推扫过程中,该单元能将待测物一个窄带空间内的有效入射光散射成不同波长,色散后的光信号成像到CCD探测器上。其中的一个方向提供空间信息,另一个方向提供光谱信息,这样就得到了此窄带空间位置上多个像元点的光谱图像。对推扫过程中多个窄带空间区域的光谱图像进行拼接,可获得整个待测物的高光谱图像。下图给出了某一个样本的高光谱图像数据,其中第1维和第2维是样品的空间位置信息(以x和y表示),第3维是波长信息(以

λ表示)。

样本的高光谱图像数据

根据高光谱成像系统中光源的类型以及传感器与光源的不同配置方式,可获取4种不同类型的高光谱图像,分别是:反射图像、散色图像、荧光图像和透射图像。

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