高光譜相機(jī)是一類采用高光譜成像技術(shù)制造的相機(jī)，借助不斷成熟的面陣探測器和光柵分光系統(tǒng)技術(shù)結(jié)合，使得光柵式高光譜相機(jī)的性能得到了顯著提升。本文旨在介紹光柵式高光譜相機(jī)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理。

高光譜成像技術(shù)中的光柵式高光譜

光柵式高光譜相機(jī)的原理是通過光柵的分光作用，將所捕捉的光線分成不同波長的光譜，并分別記錄下來。它可以分辨出被捕捉物體的不同波長的光線，從而獲取到物體的高光譜信息。相機(jī)通過控制光柵的位置和角度，調(diào)整光線的入射角度和入射波長，以捕捉更多的光譜信息。光柵式高光譜相機(jī)的工作原理使其能夠廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、遙感等領(lǐng)域。

與其他高光譜相機(jī)一樣，光柵式高光譜相機(jī)具有很高的光譜分辨率，在波長為400-1000nm的范圍內(nèi)，光譜分辨率通常低于10nm，并且能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)光譜成像。

當(dāng)前主要的光譜分析方法是反射式光柵分光法。此方法通過前置鏡頭與反射式光柵的光學(xué)元件相連接，采用面陣相機(jī)捕捉物質(zhì)的光譜圖像。

然而，隨著對光柵式高光譜相機(jī)在光譜和空間分辨率方面需求的提高，如何獲得分辨率更高、靈敏度更高且雜散度更低的光譜圖像已成為最主要的挑戰(zhàn)。

光柵式高光譜相機(jī)的結(jié)構(gòu)組成

高光譜相機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由底板構(gòu)成，并在底板上依次間隔設(shè)置了鏡頭、狹縫、準(zhǔn)直鏡、透射光柵、聚焦鏡和探測器等元件。請參考下圖。

簡而言之，光柵式高光譜相機(jī)主要由光譜儀和成像系統(tǒng)兩個(gè)主要組件構(gòu)成。通過處理分析軟件，可以在獲取圖像的每個(gè)像素點(diǎn)的光譜信息的同時(shí)，獲得每個(gè)波譜下的圖像信息，也就是獲得一個(gè)三維的數(shù)據(jù)。光譜分辨率的精度可以達(dá)到幾個(gè)納米到幾十個(gè)納米，相對于常規(guī)的RGB成像，它更能在不破壞樣本的情況下，精確地獲取更多的樣本信息。

最新研究顯示，通過在探測器上設(shè)置串口總線接口，并限制狹縫的尺寸和形狀，以及各部件之間的光軸角度，可以提高光譜圖像的分辨率、靈敏度和降低雜散度。