高光譜成像技術(shù)由硬件和軟件兩部分組成，其中硬件的主要功能為光譜數(shù)據(jù)的獲取，軟件的主要功能為光譜數(shù)據(jù)的分析。硬件主要由光源、分光部件、CCD、圖像采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)等部分組成。本文對(duì)個(gè)硬件的要求做了詳細(xì)的介紹，對(duì)此感興趣的朋友可以了解一下！

高光譜成像系統(tǒng)硬件組成部分主要包括光源、探頭和數(shù)據(jù)處理機(jī)（計(jì)算機(jī)），如下圖，被檢測(cè)樣本放置于移動(dòng)平臺(tái)上，在光源照射下圖像與光譜的數(shù)據(jù)信息由探頭采集至計(jì)算機(jī)中，各類樣本有較為適用的硬件種類和采集形式。

1.光源與探頭

光源與探頭是高光譜成像系統(tǒng)中易影響檢測(cè)結(jié)果的兩部分。

(1)光源

包括鹵素?zé)簟l(fā)光二極管（LED）、激光和可調(diào)光源，各類光源屬性如下。

①鹵素?zé)簦海?）光源特性：白熾燈的發(fā)光原理；（2）優(yōu)點(diǎn)：工作電壓低、反射率高；（3）缺點(diǎn)：壽命短、溫度高、譜峰易產(chǎn)生偏差；（4）應(yīng)用范圍：可用于檢測(cè)食品表面與內(nèi)部波段范圍：340～800nm。

②發(fā)光二極管（LED）：（1）光源特性：半導(dǎo)體光源；（2）優(yōu)點(diǎn)：體積小、成本低、響應(yīng)迅速、節(jié)能、光線可以自由排布；（3）缺點(diǎn)：抗電壓波動(dòng)能力差、發(fā)光強(qiáng)度偏低；（4）應(yīng)用范圍：波段范圍：紫外到短波近紅外——400～1100nm。

③激光：（1）光源特性：?jiǎn)紊庠?；?）優(yōu)點(diǎn)：方向性強(qiáng)、相干性小；（3）缺點(diǎn)：帶寬幅度窄；（4）應(yīng)用范圍：不同顏色激光有其特定波長，主要檢測(cè)食品質(zhì)量細(xì)微變化。

④可調(diào)光源：（1）光源特性：調(diào)節(jié)光源的帶寬和波長；（2）優(yōu)點(diǎn)：被檢測(cè)樣本的損傷??；（3）缺點(diǎn)：受保護(hù)性差；（4）應(yīng)用范圍：用于區(qū)域掃描波段范圍：0～1600nm。

（2）探頭

由鏡頭、成像光譜儀和光電轉(zhuǎn)模塊組成，它逐個(gè)記錄各個(gè)特征波段下的圖像和光譜，完成光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。成像光譜儀中的濾輪和可調(diào)濾波器決定了不同波段光譜和圖像的獲取，是高光譜“三維”圖像的根源。光電轉(zhuǎn)換元件分為電荷耦合元件（CCD）和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo) 體（CMOS）兩種，它們都由數(shù)以百萬計(jì)的光電二極管緊密排列組成，入射光子通過光電二極管完成了光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，相比于 CCD，CMOS的敏感度較低，被檢測(cè)信號(hào)容易產(chǎn)生更大的噪聲和灰度，但它成本低廉，更容易投入市場(chǎng)，在流水線的檢測(cè)中占據(jù)主流。

2.掃描形式

高光譜成像掃描形式分為點(diǎn)掃描、線掃描、區(qū)域掃描和點(diǎn)散掃描，它們的工作形式和硬件要求如下：

①點(diǎn)掃描：

（1）工作形式：全波段逐個(gè)記錄圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的光譜信息；

（2）性能特點(diǎn)：全面的反映光譜信息，耗時(shí)長，適用于精確分析；

（3）硬件要求：后臺(tái)CPU計(jì)算能力強(qiáng)大。

②線掃描：

（1）工作形式：以行為單位全波段的記錄光譜信息，是一種帶狀推掃模式；

（2）性能特點(diǎn)：最常用的掃描形式，適用于流水線上檢測(cè)；

（3）硬件要求：感應(yīng)元件曝光時(shí)間短。

③區(qū)域掃描：

（1）工作形式：每次獲取一個(gè)區(qū)域平面單個(gè)波段的光譜信息；

（2）性能特點(diǎn)：被檢測(cè)物體只能是靜止?fàn)顟B(tài)；

（3）硬件要求：感應(yīng)元件曝光時(shí)間短。

④點(diǎn)散掃描：

（1）工作形式：從某點(diǎn)發(fā)散獲取圖像與波長的全信息；

（2）性能特點(diǎn)：簡(jiǎn)單高效，未廣泛應(yīng)用；

（3）硬件要求：大面積的探頭。

3.感應(yīng)模式

高光譜成像系統(tǒng)中的感應(yīng)模式分為漫反射（散射）、反射和透射。漫反射模式下光源與探頭有一定的角度，可以避免反射光帶來的干擾，通常用來檢測(cè)樣本的大小、形狀、顏色、表面紋理和外部缺陷。相比于漫反射，反射（鏡面反射）可以更深層次的挖掘樣本的內(nèi)部信息，但也要防止反射光源的干擾。透射模式的光源位于探頭對(duì)面，獲取樣本透射光帶來的內(nèi)部信息。透射模式通常用來檢測(cè)物體內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)和缺陷，被檢測(cè)對(duì)象要相對(duì)透明。