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、電控移動平臺、計(jì)算機(jī)及控制軟件等，系統(tǒng)的基本工作流程如下：在對采集的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)后，待測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，隨著電控移動平臺帶動樣品連續(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，在電控平移臺的勻速拖動下，排列的探測器依次沿縱向方向（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、外界燈光等會照射到待測樣品而導(dǎo)致誤差。為消除該誤差，將光源系統(tǒng)、電控平臺系統(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)行以外部光源對采集的干擾。

3.電控移動平臺

電控平移臺的作用是用來放置待檢測采集樣品，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，通過移動該平臺，高光譜成像儀可以連續(xù)的獲得平臺上待檢測樣品的連續(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)。電控平臺由載物平臺、標(biāo)準(zhǔn)白板、驅(qū)動電機(jī)及其驅(qū)動電路等構(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，在對高光譜相機(jī)進(jìn)行對焦時(shí)，需要調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)白板的高度使得標(biāo)準(zhǔn)白板與待測樣品處于同一對焦面上，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，對高光譜圖像進(jìn)行存儲以及后續(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、圖像存儲與命名高光譜圖像快速查看等一些基本的分析功能。