高光譜成像儀在對(duì)樣本進(jìn)行分析時(shí)，可以獲取樣本的高光譜圖像，高光譜圖像是一個(gè)具有“圖譜合一”特點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)立方體，而高光譜圖像的處理和分析是對(duì)樣本進(jìn)行定量和定性分析的重要依據(jù)。那么，高光譜成像儀怎么獲取圖譜？高光譜成像儀圖譜怎么分析？

高光譜成像儀獲取圖譜的方式：

根據(jù)高光譜圖像采集和形成方式的不同，高光譜圖像的獲取方式可以分為點(diǎn)掃描、線掃描和面掃描三種方式。三種掃描方式的示意圖如圖所示。

點(diǎn)掃描方式圖（a）每次只能獲取一個(gè)像素點(diǎn)的光譜，為獲取高光譜圖像頻繁的移動(dòng)光譜相機(jī)或檢測(cè)對(duì)象，不利于快速檢測(cè)，因此點(diǎn)掃描方式常用于微觀對(duì)象的檢測(cè)。

線掃描方式（b）每次可以獲取掃描線上所有點(diǎn)的光譜，因此該方式特別適合于傳送帶上方的物體的動(dòng)態(tài)檢測(cè)，因此該方式是水果和蔬菜品質(zhì)檢測(cè)時(shí)最為常用的圖像獲取方式。點(diǎn)掃描和線掃描方式是在空間域進(jìn)行掃描的方式，不同于點(diǎn)掃描和線掃描方式，面掃描是在光譜域進(jìn)行掃描的方式。

面掃描方式（c）每次可以獲取單個(gè)波長(zhǎng)下完整的空間圖像，通過(guò)面掃描獲取高光譜圖像時(shí)需要轉(zhuǎn)動(dòng)濾光片切換輪或調(diào)節(jié)可調(diào)濾波器，因此面掃描方式一般用于所需波長(zhǎng)圖像數(shù)目較少的多光譜成像系統(tǒng)中。

根據(jù)光源和光譜相機(jī)之間的位置關(guān)系不同，高光譜圖像的獲取方式又可以分為反射、透射和漫透射三種方式。三種高光譜圖像獲取方式如下圖所示。

三種不同的獲取方式反映了光和檢測(cè)對(duì)象之間的作用關(guān)系，經(jīng)過(guò)不同形式作用后的光承載了豐富的內(nèi)部和外部信息，根據(jù)這些信息便可以對(duì)樣品進(jìn)行快速無(wú)損檢測(cè)。

高光譜成像儀圖譜分析方法：

1.光譜處理與分析

為了消除光散射、光程畸變和隨機(jī)噪聲對(duì)光譜造成的影響，在光譜數(shù)據(jù)建模前，一般使用光譜預(yù)處理技術(shù)對(duì)光譜進(jìn)行預(yù)處理。平滑、求導(dǎo)、歸一化、多元散射校正、傅里葉變換和小波變換是常見(jiàn)的光譜預(yù)處理方法。不同的預(yù)處理方法具有不同的作用，例如平滑可以用來(lái)降低光譜中的隨機(jī)噪聲；對(duì)光譜求一階或二階導(dǎo)數(shù)可以用于移除峰谷重疊和基線漂移，同時(shí)也可以根據(jù)導(dǎo)數(shù)的波峰和波谷選取特征波長(zhǎng)；歸一化和多元散射校正用于降低由于樣本表面形狀差異而帶來(lái)的光散射現(xiàn)象；傅里葉變換和小波變換則可以把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至復(fù)數(shù)域進(jìn)行相關(guān)的處理。通常情況下，需要根據(jù)光譜的數(shù)據(jù)特點(diǎn)和具體應(yīng)用選擇合理的預(yù)處理方法。

光譜數(shù)據(jù)蘊(yùn)含著樣本的特征信息，不同特征的樣本的光譜曲線差異很大。往往需要利用多元分析的方法對(duì)樣本的特征進(jìn)行定性或定量的分析。基于多元分類(lèi)的定性分析一般用于樣本缺陷的識(shí)別與提取以及安全性的定性判定。基于多元回歸的定量分析一般用于樣本內(nèi)部品質(zhì)和影響安全性的物質(zhì)含量的定量分析。

2.圖像處理與分析

高光譜圖像在每一個(gè)響應(yīng)波長(zhǎng)處都有一個(gè)單色圖像，龐大的圖像數(shù)據(jù)大大增加了高光譜圖像的采集和處理時(shí)間，同時(shí)數(shù)據(jù)存在較大的冗余，且并不是每一個(gè)波長(zhǎng)處的單色圖像都適合于檢測(cè)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)樣本的快速在線檢測(cè)，必須挑選適合進(jìn)行特定品質(zhì)檢測(cè)的有效圖像。有效圖像一般為位于特征波長(zhǎng)處的單色圖像，其選擇方法等同于特征波長(zhǎng)的選擇，既可以依據(jù)原始光譜和預(yù)處理光譜曲線的波峰波谷位置進(jìn)行選取，也可以通過(guò)多元分析方法進(jìn)行選取。

圖像處理和分析是實(shí)現(xiàn)樣本自動(dòng)檢測(cè)的關(guān)鍵步驟。圖像處理是圖像分析和品質(zhì)檢測(cè)的前提和基礎(chǔ)。圖像處理操作的對(duì)象是圖像，輸出的結(jié)果則是便于品質(zhì)分析的特征向量。圖像處理包括圖像預(yù)處理、圖像分割和特征提取三個(gè)方面。