高光谱成像(Hyperspectral lmaging,HSI)技术是在多光谱遥感技术的基础上发展而来,融合了光谱分析和光学成像两项传统光学诊断方法，具有“图谱合一的特点。与传统的灰度图像、RGB图像以及多光谱图像相比,高光谱图像的成像波段多,光谱分辨率高。例如RGB图像仅拥有3个波段通道,其光谱分辨率极低,多光谱成像的光谱分辨率在入/10数量级,而高光谱成像的光谱分辨率可达到入/100数量级,如图1所示为灰度图像、RGB图像、多光谱图像以及高光谱图像的差异。
镀膜式光谱相机利用特殊的镀膜技术,无需光谱仪模块，使得在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谱波段对目标物体连续成像。在获得物体空间特征成像的同时,也获得了被测物体的光谱信息。渐变薄膜式高光谱相机是将不同波段的渐变薄膜镀制在面阵探测器上通过对目标成像，可同时、快速获取光谱和影像信息的无损检测分析仪器。
不同目标物具有不同的光谱特征,所以光谱信息可以用来识别目标物的种类和研究它们的状态,即使肉眼看起来相似的物体,也能利用光谱信息区分开来。将高光谱成像技术和显微技术相结合,可将高光谱技术的检测分析能力延伸至微观领域。例如,在生物医学领域可用于癌细胞的鉴别和分析研究,在农业领域可用于分析细胞结构及成分变化和病害的早期识别,在刑侦领域可用于判别指纹形状特征等,在食品安全领域可用于食品品质变化研究等,在工业领域可用于OLED显示屏发光测试、量子点暗场检测、纳米颗粒检测等。
AG-MicroLambda-VNS显微高光谱成像系统可适配市场上的大部分显微镜。其高光谱系统结构由面阵探测器、驱动电源、运动控制模块、数据采集模块等集成于一体,无需电动位移台,大大减小了系统的体积与重量,外观简洁,与显微镜搭配使用,操作简单、方便。
相机功能
Ø可与标准C接口的成像镜头或显微镜直接集成，实现光谱影像(Mapping)的快速采集
Ø自动曝光、自动扫措速度匹配、自动采集并保存数据
Ø内置电池
Ø数据预览及校正功能：辐射度校正、反射率校正、区域校正、镜头校准、均匀性校准
Ø镜头可更换
Ø数据格式完美兼容Envi.SpecSight等数据分析软件
Ø千兆以太网：支持远距图像传输与遥控操作
技术参数
Ø光谱范围：420~1000nm
Ø光谱分辨率：10nm
Ø光谱通道数：>100
Ø标配镜头焦距(mm)：25（其它焦距可选★1）
Ø标配镜头工作距离(mm)：150-∞
Ø标配镜头视场角：23。
Ø探测器：2048×2048、sCMOS
Ø像素数（空间维★扫描维）：1600×1200（1X）；800×600（2X）
Ø像素尺寸：6.5×6.5μm
Ø数字输出：12bit
Ø帧数：45fps
Ø曝光时间范围：10μs-10s
Ø内置电脑接口：USB3.0+HDMl/Type-C
Ø镜头接口：C-Mount
Ø系统电源：DC 16.8V
Ø内置微型处理器：l7处理器、16G运存、256GSSD
Ø内置电池：65Wh
Ø系统功耗：60W
应用案例
Ø生物医学领域
作为一种诊断和评估治疗的非侵入性方法，HSI在生物医学领域具有广泛的潜在用途。HSI具有从高光谱图像中提取每个像素的光谱特征,同时提供不同组织成分及其空间分布信息的能力。在特定波长下，不后病理状态组织的化学组成和物理特征有着不同的吸收度和反射率,表现为特征光谱存在差异，通过分析这些光谱信号可以实现组织状态信息的定性或定量检测，并实现不同组织病理状态的可视化诊断。例如,显微高光谱成像系统可用于肿瘤细胞的判别、出血性息肉的判别、肉白班的识别、淋巴细胞白血病的筛查、细胞质和细胞核的区分、细胞数的计算等。
Ø农业领域应用
l作物育种：作物细胞 / 组织级表型量化，辅助抗逆、高产、优质育种材料筛选与表型组学研究
l植物生理：植物叶绿素、酶活性等生理指标微区分布检测，探究胁迫（干旱、病虫害）生理响应机制
l植物病理：病原菌侵染早期微观光谱特征识别，研究病害侵染路径与发病机制
l农产品品质：农产品内部营养成分（糖分、蛋白）微区分布及品质形成机理研究
l土壤微生态：土壤病原菌、养分、微塑料微观分布检测，探究土壤微生态与作物生长关联
Ø暗场散射纳米颗粒检测
暗场显微是在暗场照明下实现的一种特殊显微方法,可以避免与被观测物体无关的光线进入物镜,在暗背景中呈现清晰的物体轮廓。该方法的空间分辨率可比普通明场照明显微法高50倍,足以观察4~200nm的微小粒子。搭载高光谱成像系统的显微镜可通过光谱特征判别微粒种类及其空间分布。右图是在单次气管内滴注低(18 pg) 和高 (162 pg) 剂量纳二氧化后,对来自小鼠的肺组织进行 VNIR 高光谱成像,以确定这些组织中的颗粒滞留位置。
Ø晶片材料、缺陷检测
无接触、无损伤、快速准确的微区测量技术,可在室温下操作,也可以在生产中进行在线测量,可得到整个晶片的 PL Mapping,从而可得到衬底或外延层的组分配比、缺陷以及材料其他属性的微区均匀性的重要信息基于显微高光谱成像技术可在细微尺度上鉴别晶片的材质以及样品发光中心浓度的变化等。
Ø钙钛矿晶体中的应用
随着有机钙钵矿太阳能电池快速发展，过去几年寻求灵活,廉价且易于加工的光伏材料取得了新的进展它们具有高载流子迁移率,可见和可调谐带隙的强吸收性使其成为生产低成本太阳能电池板的理想选择。然而,有一个缺点:它们的稳定性是不稳定的,那么更好地了解光物理学和退化机制至关重要。显微高光谱成像系统在检测晶体材料的不均一性的问题与传统检测技术,如共聚焦显微成像等,其有以下几个优点:单次整视场成像;在PL成像实验中该系统的激发光源在视野中的强度是均匀分布的;可获得光谱强度的定量值。
