高光譜成像儀作為精密的光學(xué)儀器，它可以對(duì)成百上千個(gè)連續(xù)單一波長(zhǎng)光信號(hào)逐一進(jìn)行拍照，再將所有波長(zhǎng)下的圖像直接融合組成樣品光譜圖像，對(duì)樣本進(jìn)行定性與定量的分析。本文對(duì)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(cè)器完美結(jié)合而成，可高效快速獲取被測(cè)物的光譜和影像信息。在樣品圖像采集時(shí)，高光譜成像儀接收被測(cè)物體表面反射和透射光在X軸上進(jìn)行分光、在Y軸上進(jìn)行成像，獲得一維影像和光譜信息。由于樣品的連續(xù)移動(dòng)，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(jì)算機(jī)圖譜采集平臺(tái)采集。將所有窄波段的圖像和光譜信息進(jìn)行融合，最后得到了整個(gè)樣品的光譜圖像。

根據(jù)不同的使用波段，可分為可見(jiàn)光波段（300～800nm）、可見(jiàn)-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(gè)光譜波段。高光譜圖像采集可以通過(guò)擺掃型成像、推掃型成像和凝視型成像3種方式實(shí)現(xiàn)：擺掃型成像光譜儀由光機(jī)左右擺掃和載物平臺(tái)向前運(yùn)動(dòng)完成二維空間成像，線列探測(cè)器完成每個(gè)瞬時(shí)視場(chǎng)像元的光譜維獲取。推掃型成像光譜儀采用一個(gè)面陣探測(cè)器，其垂直于運(yùn)動(dòng)方向在載物平臺(tái)向前運(yùn)動(dòng)中完成二維空間掃描；平行于平臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向，通過(guò)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(guò)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(diǎn)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(diǎn)掃描方式圖（a）每次只能獲取一個(gè)像素點(diǎn)的光譜，為獲取高光譜圖像頻繁的移動(dòng)光譜相機(jī)或檢測(cè)對(duì)象，不利于快速檢測(cè)，因此點(diǎn)掃描方式常用于微觀對(duì)象的檢測(cè)。

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

面掃描方式（c）每次可以獲取單個(gè)波長(zhǎng)下完整的空間圖像，通過(guò)面掃描獲取高光譜圖像時(shí)需要轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhǎng)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(jī)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(cè)對(duì)象之間的作用關(guān)系，經(jīng)過(guò)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(duì)樣品進(jìn)行快速無(wú)損檢測(cè)。