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光谱成像技术按波段、扫描方式和分光元件可分为哪些类型?

发布时间:2023-10-13
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光谱成像技术作为一种无损检测技术,将光谱技术与图像技术融为一体,不仅可以获得样本的光谱信息,还可以获得样本的图像信息,对样本进行定性与定量的分析。那么,光谱成像技术按波段、扫描方式和分光元件可分为哪些类型?下文为大家作了介绍。

光谱成像技术作为一种无损检测技术,将光谱技术与图像技术融为一体,不仅可以获得样本的光谱信息,还可以获得样本的图像信息,对样本进行定性与定量的分析。那么,光谱成像技术按波段、扫描方式和分光元件可分为哪些类型?下文为大家作了介绍。

高光谱成像技术

基于波段数量和光谱分辨率的分类:

按照光谱波段的数量和光谱分辨率,光谱成像技术大致可以被分为三类:

1.多光谱成像技术(Multispectral Imaging)具有10~50个光谱通道,光谱分辨率为△λ/λ =0.1。

2.高光谱成像技术(Hyperspectral Imaging)具有50~1000个光谱通道,光谱分辨率为△λ/λ =0.01。

3.超光谱成像技术(Ultraspectral Imaging)具有10~100个光谱通道,光谱分辨率为△λ/λ =0.001。


基于扫描方式不同的分类:

按照光谱图像采集方式的不同,光谱成像技术主要可分为:

1.掸扫式

掸扫式成像光谱仪原理图

上图说明的是掸扫式线阵遥感成像光谱仪原理。这个仪器的核心部件是排列成线状的光电探测器,它使不同波长的辐射能照射到线阵列的各个探测器件上。因而对于地面瞬时视场内的辐射能,分光后各波长的强度同时记录下来。当传感器平台向前推进时逐个像元逐点成像,这将获得具有多个连续光谱的窄波段的图像。

2.推扫式

推扫式面阵遥感成像光谱仪的工作原理(见下图)。图中的二维面阵列探测器,一维可用作光谱仪,另一维则为一线性阵列,以推扫的方式工作,地面目标的辐射能根据波长分散并聚焦到探测器面阵列上。图像一次建立一行而不需要移动探测器件。像元的摄像时间长,系统的灵敏度和空间分辨率均可以得到提高。

推扫式成像光谱仪原理

3.凝采式

在这种工作方式中,常常采用单色器或电调谐滤波器实现光谱通道的切换。伴随光谱通道的切换,探测器则采集相应图像,(见下图)。其中利用CCD摄像器件、图像卡和计算机实现系统的数字化;利用氙灯和单色器进行激发光谱扫描;利用自主开发的系统软件实现系统的操控、荧光光谱图像的采集、处理和分析。

显微光谱成像系统框架

基于分光元件不同的分类:

在一般光谱仪核心元件——分光元件的发展历程中,经历从色散棱镜到衍射光栅的演化,以及采用干涉调制元件和信息变换技术的发展历程。近年来声光可调谐滤波器(Acousto-optic Tunable Filter,简称AOTF),和液晶可调谐滤波器(Liquid Crystal Tunable Filter,简称LCTF)技术和应用得到长足发展,由于AOTF和 LCTF以及CCD等面阵探测器的出现,光谱成像技术才得以迅速发展。

AOTF是一种新型的色散器件。它能以很高的速度通过电调谐方式实现波长扫描,因而AOTF可以完成一般色散元件所无法完成的快速光谱测量工作。AOTF器件由三部分组成,即声光介质、换能器阵列和声终端。当射频信号施加到换能器上时,激励出超声波并耦合到声光介质。为防止声波反射,透过介质的声波被声终端的吸声体吸收。当复色光以特定的角度入射到声光介质后,由于声光相互作用,满足动量匹配条件的入射光被超声波衍射成两束正交偏振的单色光,一束为e光,一束为o光,分别位于零级光两侧。改变射频信号的频率,衍射光的波长也将相应改变。连续快速改变射频信号的频率就能实现衍射光波长的快速扫描。

LCTF基于偏振光的干涉原理而制成。LCTF往往具有多组单元,每一组单元均由起偏和检偏偏振片以及夹在中间的双折射液晶构成。当光源通过其中一组单元时,由于沿液晶快、慢轴传播的两束光振动方向相同,而位相差一定,因此发生干涉作用。干涉波长取决于e光和o光通过液晶产生的光程差(相位差),由于双折射液晶造成的相位差可以通过电压进行调节,因此通过施加不同的电压可以使其不同波长的光发生干涉,即可以实现不同波长的扫描。

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