高光譜成像儀作為精密的光學(xué)儀器，它可以對成百上千個連續(xù)單一波長光信號逐一進行拍照，再將所有波長下的圖像直接融合組成樣品光譜圖像，對樣本進行定性與定量的分析。本文對高光譜成像儀的原理及光譜圖像數(shù)據(jù)采集方式做了介紹。

高光譜成像儀器的原理：

高光譜成像儀是高光譜成像分析系統(tǒng)的核心部件，由成像光譜儀與CCD探測器完美結(jié)合而成，可高效快速獲取被測物的光譜和影像信息。在樣品圖像采集時，高光譜成像儀接收被測物體表面反射和透射光在X軸上進行分光、在Y軸上進行成像，獲得一維影像和光譜信息。由于樣品的連續(xù)移動，從而能夠得到連續(xù)的一維影像以及光譜信息，所有的數(shù)據(jù)被計算機圖譜采集平臺采集。將所有窄波段的圖像和光譜信息進行融合，最后得到了整個樣品的光譜圖像。

根據(jù)不同的使用波段，可分為可見光波段（300～800nm）、可見-近紅外波段（400～1000nm）、近紅外波段（900～1700nm）和短波紅外波段（1000～2500nm）4個光譜波段。高光譜圖像采集可以通過擺掃型成像、推掃型成像和凝視型成像3種方式實現(xiàn)：擺掃型成像光譜儀由光機左右擺掃和載物平臺向前運動完成二維空間成像，線列探測器完成每個瞬時視場像元的光譜維獲取。推掃型成像光譜儀采用一個面陣探測器，其垂直于運動方向在載物平臺向前運動中完成二維空間掃描；平行于平臺運動方向，通過光柵和棱鏡分光，完成光譜維掃描。凝視型成像光譜儀保持圖像區(qū)域固定不變，通過可調(diào)諧濾光片獲取不同波段的圖像。3種方式最終都得到三維圖像數(shù)據(jù)塊，如下圖所示。

高光譜成像儀光譜圖像數(shù)據(jù)采集方式：

根據(jù)高光譜圖像采集和形成方式的不同，高光譜圖像的獲取方式可以分為點掃描、線掃描和面掃描三種方式。三種掃描方式的示意圖如圖所示。

點掃描方式圖（a）每次只能獲取一個像素點的光譜，為獲取高光譜圖像頻繁的移動光譜相機或檢測對象，不利于快速檢測，因此點掃描方式常用于微觀對象的檢測。

線掃描方式（b）每次可以獲取掃描線上所有點的光譜，因此該方式特別適合于傳送帶上方的物體的動態(tài)檢測，因此該方式是水果和蔬菜品質(zhì)檢測時最為常用的圖像獲取方式。點掃描和線掃描方式是在空間域進行掃描的方式，不同于點掃描和線掃描方式，面掃描是在光譜域進行掃描的方式。

面掃描方式（c）每次可以獲取單個波長下完整的空間圖像，通過面掃描獲取高光譜圖像時需要轉(zhuǎn)動濾光片切換輪或調(diào)節(jié)可調(diào)濾波器，因此面掃描方式一般用于所需波長圖像數(shù)目較少的多光譜成像系統(tǒng)中。

根據(jù)光源和光譜相機之間的位置關(guān)系不同，高光譜圖像的獲取方式又可以分為反射、透射和漫透射三種方式。三種高光譜圖像獲取方式如下圖所示。

三種不同的獲取方式反映了光和檢測對象之間的作用關(guān)系，經(jīng)過不同形式作用后的光承載了豐富的內(nèi)部和外部信息，根據(jù)這些信息便可以對樣品進行快速無損檢測。