高光譜成像儀具有掃描成像和精細分光兩種功能,其基本原理是在掃描成像原理的基礎上,將成像輻射的波段劃分成更狹窄的多個波段時成像,從而獲得同一景物的多個光譜波段的圖像。它由成像和分光兩部分組成,前者完成地物目標的空間成像,后者完成光譜維掃描和光譜波段分割。本文對高光譜成像儀的定義及其組成進行了介紹。
什么是高光譜成像儀?
高光譜成像儀又稱分光儀,是以光電倍增管等光探測器在不同波長位置,測量譜線強度的裝置。其構造由一個入射狹縫,一個色散系統,一個成像系統和一個或多個出射狹縫組成。以色散元件將輻射源的電磁輻射分離出所需要的波長或波長區域,并在選定的波長上(或掃描某一波段)進行強度測定。主要分為單色儀和多色儀兩種。
高光譜成像儀是將成分復雜的光分解為光譜線的科學儀器,由棱鏡或衍射光柵等構成,利用高光譜成像儀可測量物體表面反射的光線。陽光中的七色光是肉眼能分的部分(可見光),但若通過高光譜成像儀將陽光分解,按波長排列,可見光只占光譜中很小的范圍,其余都是肉眼無法分辨的光譜,如紅外線、微波、紫外線、X射線等等。通過高光譜成像儀對光信息的抓取、以照相底片顯影,或電腦化自動顯示數值儀器顯示和分析,從而測知物品中含有何種元素。這種技術被廣泛地應用于空氣污染、水污染、食品衛生、金屬工業等的檢測中。
高光譜成像儀是將復色光分離成光譜的光學儀器。高光譜成像儀有多種類型,除在可見光波段使用的高光譜成像儀外,還有紅外高光譜成像儀和紫外高光譜成像儀。按色散元件的不同可分為棱鏡高光譜成像儀、光柵高光譜成像儀和干涉高光譜成像儀等。按探測方法分,有直接用眼觀察的分光鏡,用感光片記錄的攝譜儀,以及用光電或熱電元件探測光譜的分光光度計等。單色儀是通過狹縫只輸出單色譜線的光譜儀器,常與其他分析儀器配合使用。
高光譜成像儀的組成:
一臺典型的高光譜成像儀主要由一個光學平臺和一個檢測系統組成,主要包括以下幾部分:
1.入射狹縫:在入射光的照射下形成高光譜成像系統的物點。
2.準直元件:使狹縫發出的光線變為平行光。該準直元件可以是一獨立的透鏡、反射鏡、或直接集成在色散元件上,如凹面光柵高光譜成像儀中的凹面光柵。
3,色散元件:通常采用光柵,使光信號在空間上按波長分散成為多條光束。
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狹縫的像,其中每一像點對應于一個特定波長。
5,探測器陣列:放置于焦平面,用于測量各波長像點的光強度。該探測器陣列可以是CCD陣列或其它種類的光探測器陣列。
高光譜成像儀的分類:
根據現代光譜儀器的工作原理,高光譜成像儀可以分為兩大類:經典高光譜成像儀和新型高光譜成像儀。經典高光譜成像儀是建立在空間色散原理上的儀器,新型高光譜成像儀是建立在調制原理上的儀器。經典高光譜成像儀都是狹縫光譜儀器,調制高光譜成像儀是非空間分光的,它采用圓孔進光。
根據色散組件的分光原理,高光譜成像儀可分為:棱鏡高光譜成像儀,衍射光柵高光譜成像儀和干涉高光譜成像儀。光學多道分析儀OMA是近十幾年出現的,它采用光子探測器(CCD)和計算機控制的新型光譜分析儀器,它集信息采集、處理,和存儲諸功能于一體。由于OMA不再使用感光乳膠,避免和省去了暗室處理以及之后的一系列繁瑣處理、測量工作,使傳統的光譜技術發生了根本的改變,大大改善了工作條件,提高了工作效率。使用OMA分析光譜,測量準確迅速、方便,且靈敏度高,響應時間快,光譜分辨率高,測量結果可立即從顯示屏上讀出或由打印機、繪圖儀輸出。目前,它已被廣泛使用于幾乎所有的光譜測量、分析及研究工作中,特別適應于對微弱信號、瞬變信號的檢測。