光栅式高光谱相机的结构组成和工作原理

高光谱相机是一类采用高光谱成像技术制造的相机，借助不断成熟的面阵探测器和光栅分光系统技术结合，使得光栅式高光谱相机的性能得到了显著提升。本文旨在介绍光栅式高光谱相机的结构组成和工作原理。

高光谱成像技术中的光栅式高光谱

光栅式高光谱相机的原理是通过光栅的分光作用，将所捕捉的光线分成不同波长的光谱，并分别记录下来。它可以分辨出被捕捉物体的不同波长的光线，从而获取到物体的高光谱信息。相机通过控制光栅的位置和角度，调整光线的入射角度和入射波长，以捕捉更多的光谱信息。光栅式高光谱相机的工作原理使其能够广泛应用于农业、环境监测、遥感等领域。

与其他高光谱相机一样，光栅式高光谱相机具有很高的光谱分辨率，在波长为400-1000nm的范围内，光谱分辨率通常低于10nm，并且能够实现连续光谱成像。

当前主要的光谱分析方法是反射式光栅分光法。此方法通过前置镜头与反射式光栅的光学元件相连接，采用面阵相机捕捉物质的光谱图像。

然而，随着对光栅式高光谱相机在光谱和空间分辨率方面需求的提高，如何获得分辨率更高、灵敏度更高且杂散度更低的光谱图像已成为最主要的挑战。

光栅式高光谱相机的结构组成

高光谱相机的结构主要由底板构成，并在底板上依次间隔设置了镜头、狭缝、准直镜、透射光栅、聚焦镜和探测器等元件。请参考下图。

简而言之，光栅式高光谱相机主要由光谱仪和成像系统两个主要组件构成。通过处理分析软件，可以在获取图像的每个像素点的光谱信息的同时，获得每个波谱下的图像信息，也就是获得一个三维的数据。光谱分辨率的精度可以达到几个纳米到几十个纳米，相对于常规的RGB成像，它更能在不破坏样本的情况下，精确地获取更多的样本信息。

最新研究显示，通过在探测器上设置串口总线接口，并限制狭缝的尺寸和形状，以及各部件之间的光轴角度，可以提高光谱图像的分辨率、灵敏度和降低杂散度。