成像光譜儀
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-19
成像光譜儀的實例教程
引言
成像光譜儀作為集“光譜分析”與“空間成像”于一體的先進光學(xué)設(shè)備，在環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、空間遙感等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。其通過對目標(biāo)物質(zhì)光譜與空間信息的聯(lián)合分析，能夠?qū)崿F(xiàn)物質(zhì)的“定性”“定量”和“定位”探測，為科學(xué)研究和實際應(yīng)用提供高效、精確的信息。
傳統(tǒng)Czerny-Turner（C-T）型光譜儀因色散均勻、工藝成熟，長期占據(jù)主流市場，但球面反射鏡的固有缺陷使其難以校正全波段像差，性能提升受限。近日，華東師范大學(xué)精密光譜科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室謝微團隊[1]提出基于自由曲面反射鏡的高分辨率成像光譜儀設(shè)計方法，通過“離軸拋物面分段拼接+Zernike多項式擬合”的創(chuàng)新路徑，通過Zemax仿真優(yōu)化，成功實現(xiàn)全波段全視場像差校正，其光譜分辨率達0.015nm，優(yōu)于市面同類型商用產(chǎn)品，為高分辨率成像光譜儀的設(shè)計提供了全新思路。
子鏡的構(gòu)建到曲面融合
要實現(xiàn)自由曲面對C-T型光譜儀的性能升級，關(guān)鍵在于構(gòu)建合理的初始結(jié)構(gòu)——團隊以C-T光路為基礎(chǔ)，通過“子鏡參數(shù)計算”與“分段拼接擬合”兩大步驟，突破了傳統(tǒng)自由曲面設(shè)計的計算壁壘。
1.1 C-T光路結(jié)構(gòu)
C-T型光路的核心組成的為“入射狹縫-準直鏡-光柵-聚焦鏡-探測器”，如圖1所示：光線經(jīng)狹縫進入系統(tǒng)后，由準直鏡將發(fā)散光束轉(zhuǎn)化為平行光；光柵對平行光進行光譜分光，使不同波長光線以不同角度衍射；最終，聚焦鏡將衍射光匯聚至探測器對應(yīng)位置，完成光譜信息記錄。
圖1 C-T型光路結(jié)構(gòu)示意圖
該團隊在保留這一經(jīng)典框架的同時，針對“像差校正”這一核心痛點，提出將“準直鏡與聚焦鏡”替換為自由曲面反射鏡——其中，聚焦鏡通過“分段拼接離軸拋物面”生成，準直鏡則通過Zernike多項式直接優(yōu)化，從結(jié)構(gòu)源頭解決全波段像差問題。
展開 Spectral Insight 可以從任何成像光譜儀獲取和處理光譜數(shù)據(jù)。光譜數(shù)據(jù)可以從第三方來源導(dǎo)入進行分析。圖像大小/分辨率和光譜范圍/分辨率僅受分光計或文件格式的限制。Spectral Insight 使用并行處理，以視頻或旋轉(zhuǎn)的 3D 體實時顯示數(shù)以千計的光譜圖像。每個平面圖像或 3D 體被分配與波長或波長集相關(guān)聯(lián)的獨特的調(diào)色板。每個像素、區(qū)域、光譜圖像和 3D 體積都可以分析物質(zhì)、光譜匹配、異常，并使用本地或第三方光譜數(shù)據(jù)庫進行搜索。
特性
· 用戶可選擇區(qū)域和分辨率的數(shù)據(jù)采集
· 可選擇的波長范圍和帶寬
· 可將數(shù)以萬計的光譜波段顯示為圖像/視頻
· 獨特的調(diào)色板紫外線，可見光和紅外波長
· 搜索本地或在線光譜數(shù)據(jù)庫進行簽名匹配
· 分析整個圖像，可選區(qū)域，或單個像素
· 顯示體積，3D 表面，2D 圖像，1D 橫截面顯示和單像素光譜數(shù)據(jù)
· 使用行業(yè)標(biāo)準或其他光譜數(shù)據(jù)進行光譜標(biāo)準化
· 導(dǎo)入第三方光譜數(shù)據(jù)
高級功能
· 與點掃描、推掃或全圖像快照光譜儀一起使用
· 用于快速物質(zhì)檢測的 AI 功能
· 使用所有可用 cpu / gpu 進行并行處理
· 簡單而強大的 Ribbon 界面
· 多種文件格式(導(dǎo)入、導(dǎo)出)
· 根據(jù)需求添加新功能
· 可作為一個完整的應(yīng)用程序或程序員的庫
展開 </p><p><strong>二、按光譜分辨率分類</strong></p><p><strong>（1）多光譜成像儀</strong></p><p>獲得的目標(biāo)物的波段數(shù)在3~12之間，光譜分辨率一般在10nm-30nm，主要用于農(nóng)作物分類等方面。</p><p><strong>（2）高光譜成像儀</strong></p><p>獲得的目標(biāo)物的波段數(shù)在100~200之間，光譜分辨率在10nm左右，被廣泛用于礦物勘探、醫(yī)學(xué)腫瘤邊界檢測、工業(yè)質(zhì)檢中。</p><p><strong>（3）超光譜成像儀</strong></p><p>獲得的目標(biāo)物的波段數(shù)在1000~10000之間，光譜分辨率在1nm以下，通常用于大氣微粒探測等精細探測領(lǐng)域及實驗室級分子光譜分析中。 </p><p><strong>三、按技術(shù)原理分類</strong></p><p><strong>（1）色散型（根據(jù)色散原理）</strong></p><p>通過棱鏡或光柵分光，直接分離不同波長的光。<strong>該技術(shù)成本低廉，能夠同時對所有波長進行成像，技術(shù)比較成熟。但同一時刻只能獲得一條線的影像，光譜分辨率容易受到狹縫寬度的限制，很難做到5nm以下。</strong>通常應(yīng)用于工業(yè)線掃描相機、醫(yī)學(xué)影像等。
展開 一般來說，光譜儀是一種用于研究光、物質(zhì)或物體的波長相關(guān)特性的儀器；它的用途相當(dāng)廣泛：
· 光譜儀是一種可以在空間上分離光的光譜成分的儀器，單獨分析光譜成分——例如使用照相底片或外部光電探測器。所使用的分光測色儀通常是衍射光柵或棱鏡。
· 光譜儀通常還包含一些用于分析光強的光電探測器。包含大型探測器陣列的光譜儀可用于記錄光源的光譜，而且無需在光柵方向掃描。當(dāng)配備強度校準時，此類設(shè)備更具體地稱為光譜輻射計。
· 其他光學(xué)光譜儀用于分析物質(zhì)或物體的光譜特性，例如與波長相關(guān)的透射率或反射率。它們更具體地稱為分光光度計，并在化學(xué)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。使用包含一些窄線寬 可調(diào)諧激光器的激光光譜儀可以獲得特別高的光譜分辨率和高靈敏度。然而，這些通常只能覆蓋相當(dāng)有限的光譜區(qū)域。
還有光學(xué)和光子學(xué)領(lǐng)域之外的多種光譜儀，例如用于測量顆粒速度或顆粒尺寸分布的設(shè)備。然而，本文完全聚焦于對光進行光譜分析的光譜儀。當(dāng)對物質(zhì)或物體的分析感興趣時，請參閱有關(guān)分光光度計的文章。
使用光譜儀進行的測量通常會提供波長或頻率函數(shù)作為光的光功率譜密度(PSD) 。并非所有光譜儀都提供經(jīng)過校準的 PSD；通常，強度讀數(shù)未經(jīng)校準，而且對于波長來說可能與校準因子（響應(yīng)度）有很大相關(guān)性。
還有光譜相位干涉測量方法，不僅可以測量功率譜密度，還可以測量光譜相位。
有些光譜儀也具有成像功能，稱為成像光譜儀。請參閱有關(guān)高光譜成像和多光譜成像的文章。
如果僅需要測量激光束的光譜線寬，而不需要測量詳細的光譜形狀，則可以使用其他方法，例如進行自外差線寬測量。通過這種方法，人們可以測量非常小的線寬，其遠低于典型光譜儀的分辨率。
光譜儀的類型
基于衍射光柵或棱鏡的光譜儀
大多數(shù)光譜儀都基于某種多色儀，即可以在空間上分離光的不同波長成分的裝置。
展開 在無人機高光譜遙感系統(tǒng)中，除了無人機平臺以及搭載的高光譜成像儀之外，為了實現(xiàn)精確的地理配準，微型計算機和 GNSS/IMU 模塊也需要集成到無人機高光譜成像系統(tǒng)中。由于高光譜數(shù)據(jù)一般具有空間分辨率高、光譜分辨率高和光譜通道多等特征，對 GNSS/IMU 精度要求較高，同時需要配置可靠的三軸穩(wěn)定平臺減少無人機振動對高光譜成像儀視軸穩(wěn)定性的干擾。
2.2?研究現(xiàn)狀
?目前，國內(nèi)無人機高光譜遙感系統(tǒng)在VNIR譜段的研究和產(chǎn)品研發(fā)已近相對成熟，許多國內(nèi)的系統(tǒng)已經(jīng)在不同領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了廣泛應(yīng)用，但 SWIR、MWIR 以及 LWIR 譜段無人機高光譜遙感系統(tǒng)的研究相對國外仍有較大差距。即使在 VNIR 譜段，國內(nèi)外相關(guān)系統(tǒng)在成像光譜儀的光譜分辨率、光譜波段數(shù)、重量等性能參數(shù)上雖無顯著區(qū)別，但國外的系統(tǒng)在集成化、輕量化、軟件自動化方面更加出色，為用戶提供了更便捷的操作體驗以及全流程的處理軟件，極大了提高了調(diào)查效率。此外，在儀器成像方式上，國內(nèi)主流的商業(yè)無人機高光譜遙感系統(tǒng)多使用推掃式的系統(tǒng)，而國外已有快照成像方式的系統(tǒng)，在采集速度與圖像質(zhì)量方面有較大提升。
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成像光譜儀的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
成像光譜儀的最新內(nèi)容
在工業(yè)制造與資源勘探的快節(jié)奏環(huán)境中，傳統(tǒng)的實驗室送樣檢測因漫長的周期，往往成為制約決策效率的瓶頸，Evident（原奧林巴斯科學(xué)解決方案部門）推出的Vanta系列手持式X射線熒光（XRF）分析儀，通過將實驗室級的分析能力集成于堅固便攜的手持設(shè)備中，徹底改變了這一現(xiàn)狀，該系列設(shè)備不僅實現(xiàn)了對從鎂（Mg）到鈾（U）全元素范圍的精準檢測，更憑借卓越的耐用性和智能化的數(shù)據(jù)處理能力，成為了工業(yè)現(xiàn)場質(zhì)量控制
光譜學(xué)--對光的光譜（波長）組成的研究--仍然是光學(xué)的一個重要研究領(lǐng)域。采用衍射元件的色散行為來分離不同方向的入射光的不同光譜成分的多色器或單色器由于其易于使用和可調(diào)整性，經(jīng)常被選擇用于這項任務(wù)。
在高速物理光學(xué)建模和設(shè)計軟件VirtualLab Fusion中實現(xiàn)的 "連接場求解器 "方法可以模擬由各種元件組成的復(fù)雜系統(tǒng)，在這個領(lǐng)域就是如此：光柵和折射元件（如拋物面鏡）都是光譜系統(tǒng)中不可避免的部分
</p><p><strong>（2）高光譜成像儀</strong></p><p>獲得的目標(biāo)物的波段數(shù)在100~200之間，光譜分辨率在10nm左右，被廣泛用于礦物勘探、醫(yī)學(xué)腫瘤邊界檢測、工業(yè)質(zhì)檢中。
<div contenteditable="false" width="100%">在工業(yè)4.0與資源勘探數(shù)字化的浪潮下，傳統(tǒng)的“現(xiàn)場取樣-實驗室送檢”模式因漫長的周期，已難以滿足工業(yè)對決策效率的極致追求，Wabtec（原奧林巴斯科學(xué)解決方案部門）推出的Vanta系列手持式X射線熒光（XRF）分析儀，通過將實驗室級的分析能力濃縮于堅固的便攜機身中，成功打破了這一瓶頸，這不僅是一次技術(shù)的迭代，更是一場關(guān)于現(xiàn)場元素分析的效能革命
各位技術(shù)鄰的同行們，科研、工業(yè)檢測、環(huán)境監(jiān)測中，進口光譜儀價高難維護、傳統(tǒng)設(shè)備數(shù)據(jù)失真、定制周期長等問題，想必大家都遇到過。
今天給大家安利一款實測過關(guān)的國產(chǎn)光譜儀，適配科研材料表征、工業(yè)質(zhì)量把控等場景，性價比拉滿，核心配置媲美進口，徹底解決行業(yè)痛點！
做技術(shù)的都懂，一款好用的光譜儀，能省時間、省成本、少踩坑，不用再為進口設(shè)備價高、傳統(tǒng)設(shè)備不穩(wěn)發(fā)愁
傅里葉變換光譜法是一種光學(xué)計量方法，可用于用邁克爾遜干涉儀測量光源的光譜，是一種眾所周知的技術(shù)，通常用于從研究空氣或水質(zhì)到藥物分析的廣泛應(yīng)用。
為了幫助光學(xué)設(shè)計師了解在這些設(shè)備中可以發(fā)揮作用的所有效果，快速物理光學(xué)軟件VirtualLab Fusion提供了所有必要的工具，可以在這些系統(tǒng)中進行全面?zhèn)鞑ァ＿@自然包括在探測器平面上發(fā)生的所有相干和干涉效應(yīng)。此外，通過我們新的探測器附加組件，用戶可以訪問所有感興趣的物理量
摘要
眾所周知，在干涉儀中，條紋對比度可能取決于光源的相干性。例如，在配有一定帶寬源的邁克爾遜干涉儀中，干涉條紋對比度隨著兩臂之間的光程差的增加而減小。通過測量可移動反射鏡在不同位置的干涉圖對比度，可以得出光源的相干長度。典型的傅立葉變換光譜學(xué)通常是基于這類光學(xué)裝置。
建模任務(wù)
非序列追跡
探測器附加組件
參數(shù)運行
總結(jié)-組件…
摘要
X射線成像通常是基于Talbot效應(yīng)，以及光柵的周期性自成像。按照N. Morimoto等人的工作，我們選擇了三種類型的相位光柵，有十字、棋盤和網(wǎng)狀圖案。這些光柵在一個單一的光柵干涉儀中被采用，被建模為僅有相位的傳輸函數(shù)（因為X射線的波長比光柵的最小特征尺寸小得多），并且在VirtualLab Fusion中測試它們的自成像。
建模任務(wù)
相位光柵
如果光柵結(jié)構(gòu)的最小特征大于入射光波長的大約五倍
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概述
光譜學(xué)是一種無創(chuàng)性技術(shù)，是研究組織、等離子體和材料的最強大工具之一。 本文介紹了如何使用市售的光學(xué)元件來實現(xiàn)透鏡-光柵-透鏡（LGL）光譜儀。進行光譜儀的設(shè)置，并對其設(shè)計進行改進和優(yōu)化。
簡介
本文介紹如何使用市售的光學(xué)元件實現(xiàn)透鏡-光柵-透鏡（LGL）光譜儀，以及如何在像差和性能方面對其進行優(yōu)化。本文基于文章 "如何構(gòu)建光譜儀——
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概要
光譜學(xué)是一種無創(chuàng)性技術(shù)，是研究組織、等離子體和材料的最強大工具之一。本文介紹了如何利用近軸元件建立透鏡—光柵—透鏡(LGL)光譜儀模型，使用OpticStudio的多重結(jié)構(gòu)( Multiple Configurations )、評價函數(shù) ( Merit Functions )和ZPL宏等先進功能完成了從所需指標(biāo)參數(shù)到性能評估的設(shè)計過程。
簡介
