高光谱相机原理是什么？高光谱相机原理图解

高光谱成像技术原理

高光谱成像技术是将传统的二维成像技术和光谱技术有机结合在一起从而获得数据立方体的一门新兴技术,具有空间可识别性、超多波段、光谱分辨率高以及图谱合一等优点,可应用于大气、食品、药品安全检测等领域。快照式高光谱成像技术是高光谱成像技术的一种,该技术通过一次拍照即可获取目标二维空间和一维光谱的全部信息,具有成像速度快,可进行实时监测等突出优点。

什么是高光谱成像？

高光谱成像（Hypespectral）：是一种可以捕获和分析一片空间区域内逐点上光谱的精细技术，由于可以检测到单个对象不同空间位置上的独特光谱“特征”因此可以检测到在视觉上无法区分的物质。

图2 高光谱波段示意图

图3 高光谱成像与颜色成像的区别

图4 多光谱、高光谱、超光谱相机的种类

根据分光原理的不同，现有的高光谱相机主要分为三类：色散型、干涉型和滤光片型。

色散型高光谱相机一般先利用色散元件 (光栅或者棱镜) 进行分光， 再经由成像系统成像在探测器上 ；

干涉型高光谱相 机主要是利用干涉图与光谱图之间的对应关系，借助 干涉仪来测量谱线元的干涉强度，并对干涉图进行逆傅里叶变换得到目标的光谱图；

滤光片型高光谱 相机则是在成像光路中加入滤光片进行分光，根据滤光片的不同，滤光片型高光谱相机又可以细分为旋转滤光片型、楔形滤光片型、可调谐滤光片型和量子点滤光片型。下图所示为前三种滤光片高光谱相机的原理示意图。基于滤光片型的高光谱相机具有系统结构形式简单、体积小、质量轻、空间分辨率高、灵活性好等优点。

  图5 高光谱成像原理示意图

高光谱相机成像一共有一下四种原理：

遥感成像原理： 

光进入相机镜头，光电感应装置将光信号转换为电信号，量化电脉冲信号，记录为一个像素值。传感器响应函数设计为，要使光电感应装置产生这个电脉冲信号，光子强度必须达到一个阈值。进入镜头的光子数量取决于相机的感受野大小，镜头能通过的光子。多光谱图像要分出多个波段，镜头会分光，红滤镜只过红光，蓝滤镜只通过蓝光，假设相同的光打到全色与多光谱镜头上，显然因为滤光的缘故，多光谱感光器接收到的光子要少于全色感光器。而这些光子已经足够全色产生电脉冲，却不够多光谱产生电脉冲，这时，为了接收到更多的光子，多光谱相机需要更大的感受野。也就是说，全色看了一眼北京市，就吃够了光子，多光谱需要看一遍河北省，才能吃的和全色一样饱。后面接收光子的底片一样大，也就是说将北京市和河北省画到同样大小的一张纸上且占满整张纸，显然北京市的一张纸细节要多的多，而河北省的红绿蓝三张纸却一片模糊。

高光谱成像原理:

物理老师说过，光波穿过狭缝、小孔或者圆盘之类的障碍物时，不同波长的光会发生不同程度的弯散传播，再通过光栅进行衍射分光，形成一条条谱带。也就是说：空间中的一维信息通过镜头和狭缝后，不同波长的光按照不同程度的弯散传播，这一维图像上的每个点，再通过光栅进行衍射分光，形成一个谱带，照射到高光谱仪上，仪器上的每个像素位置和强度表征光谱和强度。一个点对应一个谱段，一条线就对应一个谱面。因此高光谱仪每次成像是空间一条线上的光谱信息，为了获得空间二维图像再通过机械推扫，完成整个平面的图像和光谱数据采集。

当然，好马配好鞍，高光谱成像，就得用好的设备。

高光谱相机：赛斯拜克SINESPEC SP130M

高光谱相机（线扫描） SPX系列光谱范围：400-1700nm 光谱波段：256-1200 光谱分辨率：2.5nm-6nm 狭缝宽度：25-30um

SineSpec®SPX系列高光谱相机包含可见光（400-700nm）、近红外（400-1000nm）和短波近红外（900-1700nm）3种光谱区域，特点：范围广采集速度快。广泛应用于印刷，纺织等各种工业制品的表面颜色纹理检测（颜色测量单像素重复性可达dE*ab<0.1），成分识别，物质鉴别，机器视觉，农产品品质等领域。

可见近红外高光谱相机SP130M技术参数