高光谱图像不仅提供了待测物质的光谱信息,还包含了位置信息,可实现对物质的定性、定量和定位分析。通常高光谱图像数据的采集使用光栅分光或滤波片分光的方式,难以实现高光谱仪微型化,并且高光谱数据分析需由辅助计算机完成,无法实现高光谱仪本地数据分析处理。随着微机电技术的发展,CMOS高光谱传感器得以实现,这种传感器基于CMOS表面镀膜的方式实现分光,无需借助机械分光器件,为高光谱仪实现微型化提供了一种可能。本文采用欧洲微电子研究中心(IMEC)研制的CMOS高光谱传感器,以Xilinx Zynq系列的XC7Z020作为主控芯片,设计并实现了一套嵌入式微型高光谱仪,完成了嵌入式本地高光谱数据分离与图像处理,所做的主要工作如下:1、系统与硬件结构设计。包括系统方案设计、硬件电路设计、机械机构设计等,综合考虑了整个系统的便携、无线传输等需求。2、CMOS高光谱传感器驱动与数据采集。利用Zynq完成CMOS高光谱传感器的时序驱动,并接收芯片输出的高光谱图像数据,通过DMA(Direct Memory Access)模块快速存储到DDR3 SDRAM中。3、基于Zynq的本地高光谱数据分离和图像处理。将原来25波段混合在一起的高光谱图像数据分离为25个独立单波段光谱图像,实现了光谱视频动态预览、远程实时查看高光谱数据等功能。选取中值滤波方式在FPGA中对高光谱图像进行预处理,有效的滤除了噪声,为后续光谱图像分析提供了可靠的保障。所实现微型高光谱仪的时间分辨率为20ms,光谱分辨率为10nm,光谱视频帧率可达50FPS,能够满足高时间分辨应用下实时调焦与动态信息捕获的需求,完成了高光谱数据采集与处理的嵌入式本地化,增强了系统的便携性,具备重要的潜在应用价值。