高光譜成像(Hyperspectral lmaging,HSI)技術是在多光譜遙感技術的基礎上發(fā)展而來,融合了光譜分析和光學成像兩項傳統(tǒng)光學診斷方法，具有“圖譜合一的特點。與傳統(tǒng)的灰度圖像、RGB圖像以及多光譜圖像相比,高光譜圖像的成像波段多,光譜分辨率高。例如RGB圖像僅擁有3個波段通道,其光譜分辨率極低,多光譜成像的光譜分辨率在入/10數(shù)量級,而高光譜成像的光譜分辨率可達到入/100數(shù)量級,如圖1所示為灰度圖像、RGB圖像、多光譜圖像以及高光譜圖像的差異。
鍍膜式光譜相機利用特殊的鍍膜技術,無需光譜儀模塊，使得在光譜覆蓋范圍內(nèi)的數(shù)十或數(shù)百條光譜波段對目標物體連續(xù)成像。在獲得物體空間特征成像的同時,也獲得了被測物體的光譜信息。漸變薄膜式高光譜相機是將不同波段的漸變薄膜鍍制在面陣探測器上通過對目標成像，可同時、快速獲取光譜和影像信息的無損檢測分析儀器。
不同目標物具有不同的光譜特征,所以光譜信息可以用來識別目標物的種類和研究它們的狀態(tài),即使肉眼看起來相似的物體,也能利用光譜信息區(qū)分開來。將高光譜成像技術和顯微技術相結合,可將高光譜技術的檢測分析能力延伸至微觀領域。例如,在生物醫(yī)學領域可用于癌細胞的鑒別和分析研究,在農(nóng)業(yè)領域可用于分析細胞結構及成分變化和病害的早期識別,在刑偵領域可用于判別指紋形狀特征等,在食品安全領域可用于食品品質(zhì)變化研究等,在工業(yè)領域可用于OLED顯示屏發(fā)光測試、量子點暗場檢測、納米顆粒檢測等。
AG-MicroLambda-VNS顯微高光譜成像系統(tǒng)可適配市場上的大部分顯微鏡。其高光譜系統(tǒng)結構由面陣探測器、驅(qū)動電源、運動控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊等集成于一體,無需電動位移臺,大大減小了系統(tǒng)的體積與重量,外觀簡潔,與顯微鏡搭配使用,操作簡單、方便。
相機功能
?可與標準C接口的成像鏡頭或顯微鏡直接集成，實現(xiàn)光譜影像(Mapping)的快速采集
?自動曝光、自動掃措速度匹配、自動采集并保存數(shù)據(jù)
?內(nèi)置電池
?數(shù)據(jù)預覽及校正功能：輻射度校正、反射率校正、區(qū)域校正、鏡頭校準、均勻性校準
?鏡頭可更換
?數(shù)據(jù)格式完美兼容Envi.SpecSight等數(shù)據(jù)分析軟件
?千兆以太網(wǎng)：支持遠距圖像傳輸與遙控操作
技術參數(shù)
?光譜范圍：420~1000nm
?光譜分辨率：10nm
?光譜通道數(shù)：>100
?標配鏡頭焦距(mm)：25（其它焦距可選★1）
?標配鏡頭工作距離(mm)：150-∞
?標配鏡頭視場角：23。
?探測器：2048×2048、sCMOS
?像素數(shù)（空間維★掃描維）：1600×1200（1X）；800×600（2X）
?像素尺寸：6.5×6.5μm
?數(shù)字輸出：12bit
?幀數(shù)：45fps
?曝光時間范圍：10μs-10s
?內(nèi)置電腦接口：USB3.0+HDMl/Type-C
?鏡頭接口：C-Mount
?系統(tǒng)電源：DC 16.8V
?內(nèi)置微型處理器：l7處理器、16G運存、256GSSD
?內(nèi)置電池：65Wh
?系統(tǒng)功耗：60W
應用案例
?生物醫(yī)學領域
作為一種診斷和評估治療的非侵入性方法，HSI在生物醫(yī)學領域具有廣泛的潛在用途。HSI具有從高光譜圖像中提取每個像素的光譜特征,同時提供不同組織成分及其空間分布信息的能力。在特定波長下，不后病理狀態(tài)組織的化學組成和物理特征有著不同的吸收度和反射率,表現(xiàn)為特征光譜存在差異，通過分析這些光譜信號可以實現(xiàn)組織狀態(tài)信息的定性或定量檢測，并實現(xiàn)不同組織病理狀態(tài)的可視化診斷。例如,顯微高光譜成像系統(tǒng)可用于腫瘤細胞的判別、出血性息肉的判別、肉白班的識別、淋巴細胞白血病的篩查、細胞質(zhì)和細胞核的區(qū)分、細胞數(shù)的計算等。
?農(nóng)業(yè)領域應用
l作物育種：作物細胞 / 組織級表型量化，輔助抗逆、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)育種材料篩選與表型組學研究
l植物生理：植物葉綠素、酶活性等生理指標微區(qū)分布檢測，探究脅迫（干旱、病蟲害）生理響應機制
l植物病理：病原菌侵染早期微觀光譜特征識別，研究病害侵染路徑與發(fā)病機制
l農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)：農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部營養(yǎng)成分（糖分、蛋白）微區(qū)分布及品質(zhì)形成機理研究
l土壤微生態(tài)：土壤病原菌、養(yǎng)分、微塑料微觀分布檢測，探究土壤微生態(tài)與作物生長關聯(lián)
?暗場散射納米顆粒檢測
暗場顯微是在暗場照明下實現(xiàn)的一種特殊顯微方法,可以避免與被觀測物體無關的光線進入物鏡,在暗背景中呈現(xiàn)清晰的物體輪廓。該方法的空間分辨率可比普通明場照明顯微法高50倍,足以觀察4~200nm的微小粒子。搭載高光譜成像系統(tǒng)的顯微鏡可通過光譜特征判別微粒種類及其空間分布。右圖是在單次氣管內(nèi)滴注低(18 pg) 和高 (162 pg) 劑量納二氧化后,對來自小鼠的肺組織進行 VNIR 高光譜成像,以確定這些組織中的顆粒滯留位置。
?晶片材料、缺陷檢測
無接觸、無損傷、快速準確的微區(qū)測量技術,可在室溫下操作,也可以在生產(chǎn)中進行在線測量,可得到整個晶片的 PL Mapping,從而可得到襯底或外延層的組分配比、缺陷以及材料其他屬性的微區(qū)均勻性的重要信息基于顯微高光譜成像技術可在細微尺度上鑒別晶片的材質(zhì)以及樣品發(fā)光中心濃度的變化等。
?鈣鈦礦晶體中的應用
隨著有機鈣缽礦太陽能電池快速發(fā)展，過去幾年尋求靈活,廉價且易于加工的光伏材料取得了新的進展它們具有高載流子遷移率,可見和可調(diào)諧帶隙的強吸收性使其成為生產(chǎn)低成本太陽能電池板的理想選擇。然而,有一個缺點:它們的穩(wěn)定性是不穩(wěn)定的,那么更好地了解光物理學和退化機制至關重要。顯微高光譜成像系統(tǒng)在檢測晶體材料的不均一性的問題與傳統(tǒng)檢測技術,如共聚焦顯微成像等,其有以下幾個優(yōu)點:單次整視場成像;在PL成像實驗中該系統(tǒng)的激發(fā)光源在視野中的強度是均勻分布的;可獲得光譜強度的定量值。
