高光譜成像系統(tǒng)由哪些部件構(gòu)成？高光譜成像系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，硬件最重要的部件是傳感器，還包括光源、掃描器和控制裝置等。軟件部分主要包括光譜預(yù)處理軟件和數(shù)據(jù)采集及處理軟件等。本文對(duì)高光譜成像系統(tǒng)構(gòu)成作了介紹。

高光譜成像系統(tǒng)的核心部件包括高光譜成像儀、均勻光源、電控移動(dòng)平臺(tái)、計(jì)算機(jī)及控制軟件等，系統(tǒng)的基本工作流程如下：在對(duì)采集的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)后，待測(cè)樣本在均勻鹵素光源照射下，高光譜相機(jī)每次以線掃描的方式掃描一條線上所有點(diǎn)的光譜，得到每個(gè)像素點(diǎn)380-1040nm范圍內(nèi)的反射光譜以及一個(gè)空間維度的信息，隨著電控移動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)樣品連續(xù)運(yùn)行，配合數(shù)據(jù)采集軟件，最終在每個(gè)光譜波段上能夠得到一副二維圖像及其光譜信息。其過程如下圖所示。

通過特定的計(jì)算機(jī)軟件記錄掃描行程內(nèi)的所有數(shù)據(jù)，通過軟件逐行重建完整的圖像，最終獲得一個(gè)包含樣本圖像信息以及光譜信息的三維數(shù)據(jù)立方體（即高光譜圖像）。

高光譜成像系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，其具體硬件介紹如下：

1.高光譜成像儀

高光譜成像系統(tǒng)采用的高光譜成像儀采用的是三恩時(shí)公司SC250系列高光成像儀，主要由成像光譜儀和CMOS組成，光譜采集范圍為900nm-1700nm，光譜的最小分辨率為6nm，光譜范圍內(nèi)共有256個(gè)波段，測(cè)定速度每個(gè)樣品小于5s,像素尺寸為30um，正常運(yùn)行溫度為0~40℃。

高光譜成像儀每次對(duì)一條線上的目標(biāo)進(jìn)行成像，并分光使每個(gè)光譜成分與線陣上的一個(gè)像素點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)。因此，每一幅來自光譜相機(jī)的圖像結(jié)構(gòu)包括一個(gè)維度（空間軸）上的線陣像素和在另一個(gè)維度（光譜軸）上的光譜分布（光在光譜元素的強(qiáng)度）如下圖所示的說明。

成像過程為：每次對(duì)一行像素進(jìn)行成像后（X方向），獲得單行像素的圖像信息與光譜信息，在電控平移臺(tái)的勻速拖動(dòng)下，排列的探測(cè)器依次沿縱向方向（Y方向）依次曝光成像。綜合橫縱方向成像信息就可以得到待檢測(cè)樣本的的三維高光譜圖像數(shù)據(jù)。

2.均勻光源

高光譜成像系統(tǒng)的均勻光源系統(tǒng)由兩組共四個(gè)溴鎢燈及其控制器及其支撐部件組成。溴鎢燈波長范圍為300nm-2500mm，光譜譜線連續(xù)且平滑分布，是一種常用的可見-近紅外波段對(duì)物質(zhì)進(jìn)行吸收光譜和熒光光譜分析的理想光源。一旦光源調(diào)試好固定位置后，就不宜經(jīng)常再做調(diào)試，實(shí)際在對(duì)不同樣品進(jìn)行圖像采集時(shí)，可根據(jù)樣品不同需求調(diào)節(jié)光源亮度，以使得采集到的圖像更加明亮清晰。

在實(shí)際進(jìn)行高光譜圖像采集過程中，由于天氣、外界燈光等會(huì)照射到待測(cè)樣品而導(dǎo)致誤差。為消除該誤差，將光源系統(tǒng)、電控平臺(tái)系統(tǒng)以及高光譜相機(jī)用隔光材料組成一個(gè)暗箱。將系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)調(diào)節(jié)完畢后，在采集圖像過程中，應(yīng)保證在暗箱環(huán)境下進(jìn)行以外部光源對(duì)采集的干擾。

3.電控移動(dòng)平臺(tái)

電控平移臺(tái)的作用是用來放置待檢測(cè)采集樣品，水平安裝于均勻光源之間，高光譜成像儀正下方，在均勻光源的照射下，通過移動(dòng)該平臺(tái)，高光譜成像儀可以連續(xù)的獲得平臺(tái)上待檢測(cè)樣品的連續(xù)高光譜圖像，其最大可承載的有效樣品空間尺寸為300mm×300mm×200mm，最大有效行程為400nm，運(yùn)行速度、掃描行程、初始位置等可根據(jù)實(shí)際需要應(yīng)用軟件進(jìn)行調(diào)節(jié)。電控平臺(tái)由載物平臺(tái)、標(biāo)準(zhǔn)白板、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路等構(gòu)成。在實(shí)際采集不同體積的樣品時(shí)，因樣品高度、形狀等不一致，在對(duì)高光譜相機(jī)進(jìn)行對(duì)焦時(shí)，需要調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)白板的高度使得標(biāo)準(zhǔn)白板與待測(cè)樣品處于同一對(duì)焦面上，否則采集到的圖像就容易模糊失真。

4.計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)采集軟件

計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)處理軟件作為整個(gè)系統(tǒng)的靈魂，是整個(gè)系統(tǒng)的控制與數(shù)據(jù)處理終端。在圖像采集過程中起著調(diào)節(jié)、控制運(yùn)行的作用，在采集完成后，對(duì)高光譜圖像進(jìn)行存儲(chǔ)以及后續(xù)數(shù)據(jù)處理操作。高光譜成像系統(tǒng)采集軟件由卓立漢光公司提供，通過數(shù)據(jù)采集軟件可以對(duì)高光譜相機(jī)曝光時(shí)間、掃描速度、最大掃描行程、圖像分辨率等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改。此外還可以進(jìn)行黑白校正、圖像存儲(chǔ)與命名高光譜圖像快速查看等一些基本的分析功能。