光柵式高光譜相機(jī)是一種先進(jìn)的光學(xué)成像設(shè)備，它結(jié)合了光譜儀和相機(jī)的功能，能夠同時(shí)獲取目標(biāo)的光學(xué)圖像以及各個(gè)波長(zhǎng)的光譜信息。這種相機(jī)的出現(xiàn)，使得非接觸式測(cè)量在工業(yè)、環(huán)境、食品等領(lǐng)域的應(yīng)用得到了極大的拓展。本文將探討光柵式高光譜相機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)組成。

光柵式高光譜相機(jī)的主要工作原理

光柵式高光譜相機(jī)利用光柵將目標(biāo)物體發(fā)出的復(fù)合光分成多個(gè)光譜成分，這些光譜成分隨后被聚焦到探測(cè)器上，形成光譜圖像。探測(cè)器上的每個(gè)像素對(duì)應(yīng)于目標(biāo)物體上的一個(gè)像素，而該像素則包含了該目標(biāo)像素的光譜信息。因此，通過分析探測(cè)器上的光譜圖像，我們可以得到目標(biāo)物體的光學(xué)圖像以及各個(gè)波長(zhǎng)的光譜信息。

光柵式高光譜相機(jī)和其他高光譜相機(jī)一樣，能夠達(dá)到很高的光譜分辨率，在400-1000nm的范圍內(nèi)光譜分辨率通常優(yōu)于10nm，并且具備連續(xù)光譜成像的特點(diǎn)。

目前主流的分光方式為反射式光柵分光，其通過前置鏡頭與反射式光柵的光學(xué)結(jié)構(gòu)耦合光路，并利用面陣相機(jī)采集物質(zhì)的光譜圖像。

但隨著光柵式高光譜相機(jī)的光譜與空間分辨率的需求提升，如何獲取更高分辨率、更高靈敏度以及更低雜散度的光譜圖像成為了其最主要的問題。

光柵式高光譜相機(jī)的結(jié)構(gòu)組成主要包括以下幾個(gè)部分：

1. 光學(xué)系統(tǒng)：光學(xué)系統(tǒng)是光柵式高光譜相機(jī)的核心部分，它包括一個(gè)物鏡、一個(gè)光柵和一個(gè)聚焦鏡。物鏡用于將目標(biāo)物體成像到光柵上，光柵則將目標(biāo)物體發(fā)出的復(fù)合光分成多個(gè)光譜成分，這些光譜成分隨后被聚焦鏡聚焦到探測(cè)器上。

2. 光譜儀：光譜儀是光柵式高光譜相機(jī)的另一個(gè)核心部分，它包括一個(gè)光柵和一個(gè)聚焦鏡。光柵的作用是將復(fù)合光分成多個(gè)光譜成分，這些光譜成分隨后被聚焦鏡聚焦到探測(cè)器上。

3. 探測(cè)器：探測(cè)器是光柵式高光譜相機(jī)的另一個(gè)核心部分，它能夠感測(cè)到聚焦鏡聚焦到其上的光譜圖像，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。探測(cè)器上的每個(gè)像素對(duì)應(yīng)于目標(biāo)物體上的一個(gè)像素，而該像素則包含了該目標(biāo)像素的光譜信息。

4. 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于處理探測(cè)器感測(cè)到的電信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便后續(xù)的分析和處理。

高光譜相機(jī)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成主要包括底板以及固定于所述底板并沿所述底板的一端向另一端的方向依次間隔設(shè)置的鏡頭、狹縫、準(zhǔn)直鏡、透射光柵、聚焦鏡和探測(cè)器等，參考下圖。

簡(jiǎn)單來說，光柵式高光譜相機(jī)主要由光譜儀和成像系統(tǒng)兩大主要部分組成。通過處理分析軟件，在獲得影像中每一個(gè)像素點(diǎn)的光譜信息的同時(shí)，可以獲得每一個(gè)波譜下的影像信息，即獲得一個(gè)三維的信息數(shù)據(jù)。光譜分辨率精度可以達(dá)到幾個(gè)納米到幾十個(gè)納米，這相對(duì)于普通的RGB成像更能在不破壞樣本的情況下，精準(zhǔn)的掌握樣本更多的信息。

難關(guān)研究表明：探測(cè)器上設(shè)置串口總線接口，并限定狹縫的寬度和長(zhǎng)度，同時(shí)限定各部件之間的光軸角度，從而可以使其獲取更高分辨率、更高靈敏度以及更低雜散度的光譜圖像。

通過上述分析，我們可以看到，光柵式高光譜相機(jī)是一種非常復(fù)雜和精密的設(shè)備，它的工作原理和結(jié)構(gòu)組成涉及到多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)。然而，正是這種復(fù)雜性，使得光柵式高光譜相機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸式測(cè)量，為各個(gè)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的工具。