高光譜相機(jī)是近距離靜態(tài)高光譜成像設(shè)備，它可以同時(shí)獲得所攝樣品的圖像信息和每個(gè)像素的光譜信心，即“圖譜合一”，由空間中的像素點(diǎn)可以方便快速的獲取該像素點(diǎn)的光譜曲線，由光譜曲線可以快速得到目標(biāo)物質(zhì)的空間分布，快速實(shí)現(xiàn)了圖與譜的交互處理。本文對(duì)高光譜相機(jī)的成像原理做了簡(jiǎn)要的介紹。

高光譜相機(jī)的成像過(guò)程并不復(fù)雜，如下圖所示。簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)高光譜照相機(jī)分為兩個(gè)部分——鏡頭和馬達(dá)。鏡頭和普通相機(jī)的功能一樣就是收集光源，末端通過(guò)CCD將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，最后存儲(chǔ)為圖片。與普通相機(jī)不同的是，高光譜照相機(jī)還有馬達(dá)，馬達(dá)的作用是可以帶動(dòng)鏡頭上下移動(dòng)。因?yàn)楦吖庾V相機(jī)的鏡頭前面是一條狹縫，所以當(dāng)相機(jī)不動(dòng)時(shí)，視線中能看到的只有狹縫這一部分區(qū)域，馬達(dá)的作用就是移動(dòng)鏡頭讓相機(jī)看到更多其他區(qū)域的圖像。

當(dāng)光線通過(guò)狹縫進(jìn)入相機(jī)內(nèi)部后，首先要通過(guò)分光棱鏡，將全波段的光進(jìn)行分解，變?yōu)槎鄠€(gè)波段的光（如藍(lán)波段、綠波段、紅波段，具體的分解情況根據(jù)相機(jī)的光譜采樣間隔的大小而定，高光相機(jī)一般有很小的光譜采樣間隔，一般為1～20nm，則可見(jiàn)光部分（400nm～700nm）將被分為15～300個(gè)波段），每個(gè)波段的光通過(guò)CCD會(huì)記錄其波段能量的大小，并以強(qiáng)度（灰度）的形式記錄下來(lái)。狹縫每次記錄一行圖像的數(shù)據(jù)，當(dāng)每掃完一條狹縫，這一行狹縫中的每一個(gè)像素都會(huì)記錄自己位置上不同波段光的強(qiáng)度，繼而形成每個(gè)像素自己的光譜曲線。當(dāng)馬達(dá)移動(dòng)結(jié)束，就可以記錄狹縫移動(dòng)過(guò)程所看到的整幅圖像的信息。

高光譜照相機(jī)最后采集的數(shù)據(jù)又叫做高光譜圖像立方體，如上圖所示。它是由不同波段的圖像構(gòu)成，箭頭指向的方向是它的波段方向，從可見(jiàn)光波段到近紅外波段，數(shù)據(jù)就是由這樣同一區(qū)域不同波段的幾十或者幾千張圖像疊加在一起構(gòu)成的。通過(guò)高光譜圖像數(shù)據(jù)可以獲得任意樣品任意區(qū)域的光譜曲線，然后通過(guò)任意區(qū)域的光譜曲線可以利用分類算法得到該種目標(biāo)物質(zhì)在空間的分布。我們分別在圖像中不同區(qū)域處選取像素點(diǎn)，即可獲得該像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的光譜曲線。