光譜成像技術按波段、掃描方式和分光元件可分為哪些類型?
發布時間:2023-10-13
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光譜成像技術作為一種無損檢測技術,將光譜技術與圖像技術融為一體,不僅可以獲得樣本的光譜信息,還可以獲得樣本的圖像信息,對樣本進行定性與定量的分析。那么,光譜成像技術按波段、掃描方式和分光元件可分為哪些類型?下文為大家作了介紹。
光譜成像技術作為一種無損檢測技術,將光譜技術與圖像技術融為一體,不僅可以獲得樣本的光譜信息,還可以獲得樣本的圖像信息,對樣本進行定性與定量的分析。那么,光譜成像技術按波段、掃描方式和分光元件可分為哪些類型?下文為大家作了介紹。
基于波段數量和光譜分辨率的分類:
按照光譜波段的數量和光譜分辨率,光譜成像技術大致可以被分為三類:
1.多光譜成像技術(Multispectral Imaging)具有10~50個光譜通道,光譜分辨率為△λ/λ =0.1。
2.高光譜成像技術(Hyperspectral Imaging)具有50~1000個光譜通道,光譜分辨率為△λ/λ =0.01。
3.超光譜成像技術(Ultraspectral Imaging)具有10~100個光譜通道,光譜分辨率為△λ/λ =0.001。
基于掃描方式不同的分類:
按照光譜圖像采集方式的不同,光譜成像技術主要可分為:
1.撣掃式
上圖說明的是撣掃式線陣遙感成像光譜儀原理。這個儀器的核心部件是排列成線狀的光電探測器,它使不同波長的輻射能照射到線陣列的各個探測器件上。因而對于地面瞬時視場內的輻射能,分光后各波長的強度同時記錄下來。當傳感器平臺向前推進時逐個像元逐點成像,這將獲得具有多個連續光譜的窄波段的圖像。
2.推掃式
推掃式面陣遙感成像光譜儀的工作原理(見下圖)。圖中的二維面陣列探測器,一維可用作光譜儀,另一維則為一線性陣列,以推掃的方式工作,地面目標的輻射能根據波長分散并聚焦到探測器面陣列上。圖像一次建立一行而不需要移動探測器件。像元的攝像時間長,系統的靈敏度和空間分辨率均可以得到提高。
3.凝采式
在這種工作方式中,常常采用單色器或電調諧濾波器實現光譜通道的切換。伴隨光譜通道的切換,探測器則采集相應圖像,(見下圖)。其中利用CCD攝像器件、圖像卡和計算機實現系統的數字化;利用氙燈和單色器進行激發光譜掃描;利用自主開發的系統軟件實現系統的操控、熒光光譜圖像的采集、處理和分析。
基于分光元件不同的分類:
在一般光譜儀核心元件——分光元件的發展歷程中,經歷從色散棱鏡到衍射光柵的演化,以及采用干涉調制元件和信息變換技術的發展歷程。近年來聲光可調諧濾波器(Acousto-optic Tunable Filter,簡稱AOTF),和液晶可調諧濾波器(Liquid Crystal Tunable Filter,簡稱LCTF)技術和應用得到長足發展,由于AOTF和 LCTF以及CCD等面陣探測器的出現,光譜成像技術才得以迅速發展。
AOTF是一種新型的色散器件。它能以很高的速度通過電調諧方式實現波長掃描,因而AOTF可以完成一般色散元件所無法完成的快速光譜測量工作。AOTF器件由三部分組成,即聲光介質、換能器陣列和聲終端。當射頻信號施加到換能器上時,激勵出超聲波并耦合到聲光介質。為防止聲波反射,透過介質的聲波被聲終端的吸聲體吸收。當復色光以特定的角度入射到聲光介質后,由于聲光相互作用,滿足動量匹配條件的入射光被超聲波衍射成兩束正交偏振的單色光,一束為e光,一束為o光,分別位于零級光兩側。改變射頻信號的頻率,衍射光的波長也將相應改變。連續快速改變射頻信號的頻率就能實現衍射光波長的快速掃描。
LCTF基于偏振光的干涉原理而制成。LCTF往往具有多組單元,每一組單元均由起偏和檢偏偏振片以及夾在中間的雙折射液晶構成。當光源通過其中一組單元時,由于沿液晶快、慢軸傳播的兩束光振動方向相同,而位相差一定,因此發生干涉作用。干涉波長取決于e光和o光通過液晶產生的光程差(相位差),由于雙折射液晶造成的相位差可以通過電壓進行調節,因此通過施加不同的電壓可以使其不同波長的光發生干涉,即可以實現不同波長的掃描。
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