显微光谱成像技术及应用

　　1、光谱成像技术简介

　　一般来说，光谱成像(Spectral Imaging)技术是指利用大量连续光谱通道进行图像采集、显示、处理和分析解释的技术。显微光谱成像技术也被称为4维图像技术，即不仅要从被测样品获 取二维空间位置信息(xy )，还要获取光谱波段(兄)样品浓度或含量(c)信息，因此合称4D ( xytc)图像。在某些情况下，如果拓展二维空间为三维空间，再附加时间维，则成为6D ( xyzt}.c )图像。如图1所示，探测器件随着波长的扫描而采集相应图像，则可以得到光谱图像序列。利用光谱图像序列进行像素光谱分析和图像分析，不但可以得到样品的 成份和浓度或含量信息，还可以同时得到样品的成份空间分布信息，即能够同时回答样品“是什磨”(丝hat) ,“有多少”(weight),“在哪”(吵ere)的问题，在此简称“三w”或“三定” (定性、定量、定位)问题，因此光谱成像技术是光谱分析与图像分析的有机结合，能够同时进行光谱分辨(Spectral Resolution)和空间分辨(Spatial Resolution)。

　　2、光谱成像技术发展的必然性

　　2. 1图像技术与光谱成像

　　图像是反映客观事物或过程某些与空间、时间有相互关联的特征量的信息阵列。一般来说，图像用函数形式可表示为:

　　其中I为像素值，x, y, ,.为三维空间坐标，t为时间坐标，R为波长坐标。近一二十年成像技术发展很快，特别是在图像的空间分辨率和时间分辨率(Temporal Resolution)方面。如扫描隧道显微镜己可观察到物体表面原子的排列图像，核磁共振波谱成像技术已经可以描绘中、小型蛋白质分子结构中原子的三维 空间分布图像，它们的空间分辨率已达到10-" m。高速摄影技术已经能够观察到激光核聚变过程中时间分辨率达到10-" s的扫描图像，伴随着飞秒激光技术的不断发展和应用，图像的时间分辨率还将进一步提高。

　　科学研究有三种公认的重要思维方式:归纳、演绎和类比。从科学工作者的心理活动特征来讲，当现有需求得到满足时则会必然产生新的需求。在图像空 间分辨率和时间分辨率不断得到提高的背景下，有关波长方面或光谱分辨率的研究必然会得到不断深入。如现在成像所用的信息载子范围不断扩展，不仅有光子，而 且还包括各种频带的电磁波、能量波和粒子束，如射频波、红外光、可见光、紫外光、X射线、Y射线、中子、电子、离子、质子甚至声子等。另一方面在每一个 “波段”范围内，毫无疑问，进行波长分辨或光谱分辨同样也势在必行，这也就等于宣告光谱成像技术的诞生具有历史必然性。