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高光谱成像仪光学平台和检测系统的组成

发布时间:2023-12-08
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高光谱成像仪​,又称分光光谱仪,是以光电倍增管等光探测器在不同波长位置,测量谱线强度的装置。其构造由一个入射狭缝,一个色散系统,一个成像系统和一个或多个出射狭缝组成。本文对高光谱成像仪光学平台和检测系统的组成做了介绍。

高光谱成像仪,又称分光光谱仪,是以光电倍增管等光探测器在不同波长位置,测量谱线强度的装置。其构造由一个入射狭缝,一个色散系统,一个成像系统和一个或多个出射狭缝组成。本文对高光谱成像仪光学平台和检测系统的组成做了介绍。

显微高光谱成像仪

高光谱成像仪光学平台和检测系统的组成:

高光谱成像仪,又称分光光谱仪,是以光电倍增管等光探测器在不同波长位置,测量谱线强度的装置。其构造由一个入射狭缝,一个色散系统,一个成像系统和一个或多个出射狭缝组成。以色散元件将辐射源的电磁辐射分离出所需要的波长或波长区域,并在选定的波长上(或扫描某一波段)进行强度测定。主要分为单色仪和多色仪两种。

高光谱成像仪是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器,由棱镜或衍射光栅等构成,利用高光谱成像仪可测量物体表面反射的光线。阳光中的七色光是肉眼能分的部分(可见光),但若通过高光谱成像仪将阳光分解,按波长排列,可见光只占光谱中很小的范围,其余都是肉眼无法分辨的光谱,如红外线、微波、紫外线、X射线等等。通过高光谱成像仪对光信息的抓取、以照相底片显影,或电脑化自动显示数值仪器显示和分析,从而测知物品中含有何种元素。这种技术被广泛地应用于空气污染、水污染、食品卫生、金属工业等的检测中。

高光谱成像仪有多种类型,除在可见光波段使用的高光谱成像仪外,还有红外高光谱成像仪和紫外高光谱成像仪。按色散元件的不同可分为棱镜高光谱成像仪、光栅高光谱成像仪和干涉高光谱成像仪等。按探测方法分,有直接用眼观察的分光镜,用感光片记录的摄谱仪,以及用光电或热电元件探测光谱的分光光度计等。单色仪是通过狭缝只输出单色谱线的光谱仪器,常与其他分析仪器配合使用。

一台典型的高光谱成像仪主要由一个光学平台和一个检测系统组成,主要包括以下几部分:

1.入射狭缝

在入射光的照射下形成高光谱成像仪成像系统的物点。

2.准直元件

使狭缝发出的光线变为平行光。该准直元件可以是一独立的透镜、反射镜、或直接集成在色散元件上,如凹面光栅高光谱3.色散元件

通常采用光栅,使光信号在空间上按波长分散成为多条光束。

4.聚焦元件

聚焦色散后的光束,使其在焦平面上形成一系列入射狭缝的像,其中每一像点对应于一个特定波长。

5.探测器阵列

放置于焦平面,用于测量各波长像点的光强度。该探测器阵列可以是CCD阵列或其它种类的光探测器阵列。


高光谱成像仪的分类:

1.根据工作原理分类

根据现代光谱仪器的工作原理,高光谱成像仪可以分为两大类:经典高光谱成像仪和新型高光谱成像仪。经典高光谱成像仪器是建立在空间色散原理上的仪器,新型高光谱成像仪器是建立在调制原理上的仪器。经典高光谱成像仪器都是狭缝光谱仪器,调制光谱仪是非空间分光的,它采用圆孔进光。

2.根据分光原理分类

根据色散组件的分光原理,高光谱成像仪器可分为:棱镜高光谱成像仪,衍射光栅高光谱成像仪和干涉高光谱成像仪。光学多道分析仪OMA(Optical Multi-channel Analyzer)是近十几年出现的,它采用光子探测器(CCD)和计算机控制的新型光谱分析仪器,它集信息采集、处理,和存储诸功能于一体。由于OMA不再使用感光乳胶,避免和省去了暗室处理以及之后的一系列繁琐处理、测量工作,使传统的光谱技术发生了根本的改变,大大改善了工作条件,提高了工作效率。使用OMA分析光谱,测量准确迅速、方便,且灵敏度高,响应时间快,光谱分辨率高,测量结果可立即从显示屏上读出或由打印机、绘图仪输出。目前,它已被广泛使用于几乎所有的光谱测量、分析及研究工作中,特别适应于对微弱信号、瞬变信号的检测。

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