照明源

高光谱相机测量物体发射、透射或反射的光。在反射和透射的情况下，入射光对结果的相关性起着重要作用。由于高光谱相机测量连续光谱，因此光源也具有连续光谱是至关重要的。有几种光源适合并具有这种特性。

1. 卤素

卤素灯可能是高光谱成像中最常见且最便宜的光源。通常，卤素灯的辐射在 3000 至 4500 K 之间遵循黑体的普朗克曲线（见图 1）。

图 1：卤素灯泡的典型发射曲线。

请注意，暖色卤素灯比冷色卤素灯包含更多蓝色信号，但另一方面，红外线较少。此外，暖色卤素灯的平衡性不如冷色卤素灯。您可以使用光谱平坦化滤光片来平衡这一点。
优点：

  • 不贵啊
  •  400 – 2500 nm 范围内的连续光谱
  • 良好的红外发射

缺点：

  • 寿命短
  • 产生热量
  • 需要光学力学来聚焦（如椭圆反射镜）
  • 蓝光发射较差，且在约 1000 nm 处强度较高，这对于颜色测量来说不是最佳的。

由于许多应用都需要进行颜色测量，因此一些卤素灯已使用滤光片进行了改进。这些卤素灯还配有反射器，不会将红外辐射反射到前方，而是让其向后通过，从而减少了表面的红外热负荷。这些灯不能用于 NIR 或 SWIR 测量。

2. 基于冷卤素灯的线光

为了从卤素光源获得准直线光，也可以使用带有圆柱透镜的光导（光纤）。

优点：

  • 平行线光
  • 无热量
  • 400 – 800 nm 的连续光谱

缺点：

  • 无红外信号
  • 寿命短
  • 蓝光发射较差

3. 发光二极管

自 2010 年代中期以来，LED 发展迅速，目前已有多种 LED 可用于高光谱成像。然而，并非所有 LED 都适用，只有所谓的白色 LED 才适用。有多家制造商推出了此类 LED。

优点：

  • 可以调整
  • 无热量
  • 使用寿命长
  • 平行线光

缺点：

  • 比卤素灯更贵
  • 不太亮
  • 信号不均匀，突然下降
  • 900 nm 以上波长可用性较差

对于颜色测量来说，这些相当好，因为蓝端的信号很好。

4. 超连续激光器

这是一项相对较新的高光谱照明技术。有多种不同光谱范围的选项可供选择。

优点：

  • 可调
  • 明亮的平行线
  • 连续光谱

缺点：

  • 昂贵的
  • 1064 nm 处有高峰值
  • 线中间的频谱与边缘不同
  • 2350 nm 后信号明显下降
  • 4 类激光器，需要集成和使用的安全说明。

5.散热器

这些通常用于热成像。它们像卤素灯泡一样是发射器，但在较低温度下，它们的发射峰值在 3 到 12 微米之间。Specim 生产的温度为 900K 的灯泡。

图 2：Specim 热照明和相关的黑体发射曲线。

Specim MWIR 和 LWIR 相机的光谱范围为 2.7 – 5.3 和 8 – 12 微米。这些范围位于照明发射最大值之后，以便在相应的相机波长上尽可能平坦。较暖的照明在热光谱范围内的斜率会更陡，而较冷的照明强度会太低。还有其他潜在的热照明源供应商，如 Elstein 和东芝。

优点：

  • 热光谱范围内的连续光谱
  • 使用寿命长
  • 覆盖整个 MWIR – LWIR 光谱范围

缺点：

  • 需要准直反射器（如 SPECIM 一样）
  • 需要小心处理（热元件）
  • 热

6.阳光

太阳照明用于许多应用：精准农业、环境评估、采矿业以及所有与遥感应用相关的应用。太阳本身提供连续光谱照明，黑体在约 5800 K 时会发出这种照明。然而，地球周围的大气层含有具有吸收特征的凝视，塑造了到达地球表面的照明。

图 3：太阳发射和大气吸收。

如图 3 所示，400 到 1000 nm 之间的太阳照度非常相关，但在此之上，大气模型需要在可能的情况下参与校正光谱。

优点：

  • 同质
  • 400 – 1000 nm 范围内相对连续的光谱
  • 便宜的

缺点：

  • 仅限白天
  • 云层影响红外线发射
  • 大气吸收峰

7. 荧光

与其他照明源不同，对于荧光测量，需要光来触发样品的特定类型的发射。这不用于反射或透射。因此，不需要整个光谱范围内的连续光谱。用于荧光的典型光源覆盖相对较窄的紫外线光谱范围或基于激光。