CN117589703A - 一种贯入式高光谱成像探测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及岩土探测领域，具体公开了一种贯入式高光谱成像探测装置及方法，探测装置包括外壳、光学视窗、光源、面阵光纤传感器、线扫描高光谱传感器、无线收发器、数据处理芯片和电源；面阵光纤传感器用于接收目标物的反射光并输出面形成像区域内目标物的空间位置信息，线扫描高光谱传感器用于接收目标物的反射光并输出线形成像区域内目标物的空间位置信息和光谱信息；无线收发器用于上传测试数据和接受控制信号，数据处理芯片用于对面阵光纤传感器和线扫描高光谱传感器的电信号进行处理。本申请结构紧凑，具有光谱分辨率高、成像速度快、抗干扰能力强等优点，可在狭窄空间内获取原位土体的高光谱图像和物质结构信息。

Description

一种贯入式高光谱成像探测装置及方法

技术领域

本申请涉及岩土探测领域，尤其是涉及一种贯入式高光谱成像探测装置及方法。

背景技术

高光谱成像技术利用分光元件将不同波长的光线区分开来并在图像传感器上分别成像，进而获取不同光谱范围内目标物体的图像信息。通过进一步分析光的强度与波长之间的关系，可以得到感兴趣区域内目标的物质结构信息，进而获得包括土体矿物和各类有机污染物在内的物质的分布情况。

高光谱成像技术不仅能够获取目标物体的二维空间位置信息，而且在每一个像素上获取完整的光谱信息，形成一个三维的数据立方体。高光谱成像技术能够获取数百个波段的光谱信息，其在光谱维上的信息获取能力已经接近于非成像的连续光谱分析技术。正是由于这种突出的信息获取能力，高光谱成像技术已经在近地遥感、农作物健康监测和文物保护等领域得到广泛应用。

然而，目前采用高光谱成像技术对土体进行探测时，通常需要先钻取土样，再使用光谱扫描仪对土样进行检测并获取高光谱数据，探测效率不高。且由于土体中水、矿物和污染物等目标物的分布具有较大的时空变异性，取样有可能不具备代表性，因此，需要一种高光谱成像探测装置实现土体的原位探测，获取原位土体的高光谱图像和物质结构信息。

发明内容

为了实现土体的原位高光谱成像探测，本申请提供一种贯入式高光谱成像探测装置及方法。

本申请提供的一种贯入式高光谱成像探测装置采用如下的技术方案：

一种贯入式高光谱成像探测装置，包括：

外壳，所述外壳的一端固定设置有圆锥形探头；

多个光学视窗，沿所述外壳周向间隔分布；

光源，安装于所述光学视窗内，所述光源发出的光可透过所述光学视窗进入土体，土体中目标物的反射光可透过所述光学视窗进入所述外壳；

所述外壳内设置有：

面阵光纤传感器，用于接收目标物的反射光并输出两个空间维的信息，包括面形成像区域内目标物的空间位置信息；

线扫描高光谱传感器，用于接收目标物的反射光并输出一个空间维和一个光谱维的信息，所述空间维的信息包括线形成像区域内目标物的空间位置信息，所述光谱维的信息包括目标物的光谱信息；

无线收发器，用于上传测试数据和接受控制信号；

数据处理芯片，用于对所述面阵光纤传感器和所述线扫描高光谱传感器的电信号进行分析处理，解析得到包含目标物空间位置和光谱信息的数据体并发送到所述无线收发器；

电源，用于对所述光源、所述面阵光纤传感器、所述线扫描高光谱传感器、所述数据处理芯片和所述无线收发器供电。

探测时，使用贯入设备和探杆将本装置贯入地层，光源发出的光线透过光学视窗进入土体并照射在目标物上发生反射，反射光被面阵光纤传感器接收并输出面形成像区域内目标物的空间位置信息，反射光被线扫描高光谱传感器接收并输出线形成像区域内目标物的空间位置信息和光谱信息，数据处理芯片将面阵光纤传感器和线扫描高光谱传感器的电信号进行分析处理，解析得到包含目标物空间位置和光谱信息的数据体，并通过无线收发器上传到地面计算机，地面计算机对上传的数据进行分析处理，输出视频、图像和光谱特征信息，通过与实验室内物质的光学指纹库进行对比分析，获得目标物的物质组成结构等信息。

本申请结构紧凑，便于在狭窄空间内集成使用，能够同时获取深部原位土体的高光谱图像和物质结构信息，能够有效检测地下深处的地下水、矿产和污染物等目标物的分布和变化情况；在装置静止和运动的状态下均能有效成像，光谱分辨率高且成像速度快，免去大量复杂的图像校正和拼接工作，有助于提高探测效率。

进一步地，所述面阵光纤传感器包括依次连接的面阵光纤阵列、面阵光纤束和面图像传感器，所述面阵光纤阵列设置于所述光学视窗的内侧面，所述面阵光纤阵列的轴向与所述光学视窗的内侧面垂直。

光源发出的光线照射在目标物上发生反射，透过光学视窗进入面阵光纤阵列，光线在面阵光纤束内发生全反射后进入面图像传感器进行信号处理。

进一步地，所述面图像传感器包括光纤解码器和面成像电荷耦合器件；所述光纤解码器连接于所述面阵光纤束的输出端，用于将图像编码信号解码为二维光信号；所述面成像电荷耦合器件连接于所述光纤解码器，用于将解码的二维光信号转化为电信号，所述面成像电荷耦合器件的两个维度均为空间维，用于输出面形成像区域内目标物的空间位置信息。

进一步地，所述线扫描高光谱传感器包括依次连接的线阵光纤阵列、线阵输入光纤束、线分光器、面阵输出光纤束和线图像高光谱传感器，所述线阵光纤阵列设置于所述光学视窗的内侧面，线阵光纤阵列的轴向与所述光学视窗的内侧面垂直。

光源发出的光线照射在目标物上发生反射，透过光学视窗进入线阵光纤阵列，光线在线阵输入光纤束内发生全反射后进入线分光器，线分光器将复合光线分解为不同波段的离散光线，通过面阵输出光纤束进入线图像高光谱传感器进行信号处理。

进一步地，所述线分光器包括分光器外壳和位于所述分光器外壳内且沿光路依次设置的输入光纤准直器、定向分光器件和输出光纤准直器，所述输入光纤准直器、所述定向分光器件和所述输出光纤准直器共轴线。

光线依次经过输入光纤准直器、定向分光器件和输出光纤准直器，将复合光线分解为不同波段的离散光线。

进一步地，所述定向分光器件为定向光栅-棱镜-衍射光栅-棱镜复合结构，所述定向光栅将发散光规制为平行光，所述衍射光栅将通过定向光栅的复合光线分解为多个具有不同波长的离散光线。

通过定向光栅-棱镜-衍射光栅-棱镜复合结构进行调光和分光，光路结构简单，且没有活动部件，抗震动干扰能力强。

进一步地，所述分光器外壳的内壁设有黑色吸光涂层，所述分光器外壳与所述输入光纤准直器之间设置有消杂光光阑。

黑色吸光涂层和消杂光光阑可消减非成像光，改善成像效果。

进一步地，所述线图像高光谱传感器包括光纤解码器和线成像电荷耦合器件；所述光纤解码器连接于所述面阵输出光纤束的输出端，用于将图像编码信号解码为二维光信号；所述线成像电荷耦合器件连接于所述光纤解码器，用于将解码的二维光信号转化为电信号，所述线成像电荷耦合器件包括一个空间维和一个光谱维，空间维用于输出线形成像区域内目标物的空间位置信息，光谱维用于输出目标物的光谱信息。

本申请还提供的一种贯入式高光谱成像探测方法，包括以下步骤：

步骤1：开启光源、面阵光纤传感器、线扫描高光谱传感器和无线收发器，使用探杆和贯入设备将所述贯入式高光谱成像探测装置贯入地层；

步骤2：面阵光纤传感器将土体中目标物的反射光转化为电信号，输出两个空间维的信息；线扫描高光谱传感器将土体中目标物的反射光转化为电信号，输出一个空间维和一个光谱维的信息；

步骤3：面阵光纤传感器和线扫描高光谱传感器将电信号发送到数据处理芯片，解析得到包含目标物的空间位置和光谱信息的数据体，并通过无线收发器上传到地面计算机；

步骤4：地面计算机对上传的数据进行分析处理，输出视频、图像和光谱特征信息，将光谱特征信息与实验室内物质的光学指纹库进行对比分析，获得目标物的物质组成结构信息。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请采用光纤束代替了传统高光谱成像设备中的相机镜头和光路改造结构，结构紧凑、体积小，便于在狭窄空间内集成使用，能够同时获取深部原位土体的高光谱图像和物质结构信息，能够有效检测地下深处的地下水、矿产和污染物等目标物的分布和变化情况；

2.本申请同时采用面阵光纤成像和线阵光纤成像技术，使得装置在静止和运动的状态下均能有效成像，光谱分辨率高且成像速度快，免去大量复杂的图像校正和拼接工作；

3.本申请采用光纤束和定向光栅-棱镜-衍射光栅-棱镜复合结构进行调光和分光，光路结构简单，且没有活动部件，抗震动干扰能力强；

4.本申请采用内置电源和无线收发器的自容式结构，无需供电和信号传输电缆，减少电能和信息损耗，有效提高信息获取质量和能力。

附图说明

图1是本申请实施例的整体结构示意图；

图2是本申请实施例中光学视窗的正视图；

图3是本申请实施例中光学视窗的右视图；

图4是本申请实施例中面阵光纤传感器的示意图；

图5是本申请实施例中面图像传感器的左视图；

图6是本申请实施例中主要用于展示光学视窗、面阵光纤阵列和线阵光纤阵列的局部剖视示意图；

图7是本申请实施例中线扫描高光谱传感器的示意图；

图8是本申请实施例中线分光器的剖视图。

附图标记：1、线扫描高光谱传感器；2、光学视窗；3、外壳；4、数据处理芯片；5、面阵光纤传感器；6、光源；7、电源；8、无线收发器；9、面阵光纤阵列；10、面阵光纤束；11、面图像传感器；12、数据接口；13、电气接口；14、光纤端口；15、光纤解码器；16、面成像电荷耦合器件；17、线阵光纤阵列；18、线阵输入光纤束；19、线分光器；20、面阵输出光纤束；21、线图像高光谱传感器；22、线成像电荷耦合器件；23、分光器外壳；24、输入光纤准直器；25、消杂光光阑；26、定向分光器件；27、输出光纤准直器；28、定向光栅。

具体实施方式

以下结合附图1-8对本申请作进一步详细说明。

实施例1

本申请实施例公开一种贯入式高光谱成像探测装置。参照图1，贯入式高光谱成像探测装置包括耐压外壳3、光学视窗2、光源6、面阵光纤传感器5、线扫描高光谱传感器1、无线收发器8、数据处理芯片4和电源7。

参照图1，外壳3呈圆筒状，外壳3的一端固定设置有圆锥形探头。参照图1、图2和图3，光学视窗2设置有多个，多个光学视窗2沿外壳3的周向间隔分布。光学视窗2呈弧面状且与外壳3的弧度一致，光学视窗2的内、外侧分别与外壳3的内、外侧壁平齐。

参照图2和图3，光学视窗2与外壳3相接的两端均开设有多个圆形安装孔，多个安装孔沿光学视窗2的周向等间距分布。光源6安装于安装孔中且光源6的照射角度可调节。光源6发出的光可透过光学视窗2进入土体，土体中目标物的反射光可透过光学视窗2进入外壳3。

光学视窗2为石英材质，其内侧面和外侧面均设有增透膜，以减少光学视窗2对光源6发出光线的反射。进一步的，光学视窗2的外侧面设有蓝宝石镀膜，以减少光学视窗2的磨损。

参照图1，面阵光纤传感器5、线扫描高光谱传感器1、无线收发器8、数据处理芯片4和电源7均设置于外壳3内。

面阵光纤传感器5用于接收目标物的反射光并输出两个空间维的信息，包括面形成像区域内目标物的空间位置信息。线扫描高光谱传感器1用于接收目标物的反射光并输出一个空间维和一个光谱维的信息，空间维的信息包括线形成像区域内目标物的空间位置信息，光谱维的信息包括目标物的光谱信息。

无线收发器8用于上传测试数据和接受控制信号。数据处理芯片4用于对面阵光纤传感器5和线扫描高光谱传感器1的电信号进行分析处理，解析得到包含目标物空间位置和光谱信息的数据体并发送到无线收发器8。电源7用于对光源6、面阵光纤传感器5、线扫描高光谱传感器1、数据处理芯片4和无线收发器8供电。

探测时，使用贯入设备和探杆将本装置贯入地层，光源6发出的光线透过光学视窗2进入土体并照射在目标物上发生反射；反射光被面阵光纤传感器5接收并输出面形成像区域内目标物的空间位置信息，反射光被线扫描高光谱传感器1接收并输出线形成像区域内目标物的空间位置信息和光谱信息。数据处理芯片4将面阵光纤传感器5和线扫描高光谱传感器1的电信号进行分析处理，解析得到包含目标物空间位置和光谱信息的数据体，并通过无线收发器8上传到地面计算机。地面计算机对上传的数据进行分析处理，输出视频、图像和光谱特征信息，通过与实验室内物质的光学指纹库进行对比分析，获得目标物的物质组成结构等信息。

本申请采用光纤代替了传统高光谱成像设备中的相机镜头和光路改造结构，结构紧凑、体积小，便于在狭窄空间内集成使用，能够同时获取深部原位土体的高光谱图像和物质结构信息，有效检测地下深处的地下水、矿产和污染物等目标物的分布和变化情况。

本申请同时采用面阵光纤成像和线阵光纤成像技术，使得装置在静止和运动的状态下均能有效成像，光谱分辨率高且成像速度快，免去大量复杂的图像校正和拼接工作，有助于提高探测效率。

参照图4，面阵光纤传感器5包括依次连接的面阵光纤阵列9、面阵光纤束10和面图像传感器11。面阵光纤束10的输入端连接于面阵光纤阵列9，面阵光纤束10的输出端连接于面图像传感器11。参照图6，面阵光纤阵列9的输入端设置于光学视窗2的内侧面，面阵光纤阵列9中光纤端部的轴向与光学视窗2的内侧面垂直。

面阵光纤束10包括橡胶保护层和若干光纤丝，光纤丝为规则排列结构，光纤丝的输入端和输出端之间具有一一对应的二维空间位置编码信息。进一步的，光纤丝的表面涂覆有高反射率材料，光纤丝之间填充有吸光剂，以减少光在光纤丝中的传输损失。光纤丝的输入端和输出端设有减反角，从而减少光纤丝断面反射对成像质量的不利影响。

参照图4和图5，面图像传感器11包括光纤解码器15和面成像电荷耦合器件16。面图像传感器11设置有光纤端口14，光纤端口14与面阵光纤束10的输出端连接，用于接受图像编码信号。光纤解码器15与光纤端口14连接，将光纤端口14的输入信号解码为二维光信号。

参照图4和图5，面成像电荷耦合器件16贴合于外壳3的内侧面，并连接于光纤解码器15，用于将解码的二维光信号转化为电信号。面成像电荷耦合器件16的两个维度均为空间维，用于输出面形成像区域内目标物的空间位置信息。面成像电荷耦合器件16设置有电气接口13和数据接口12。

光源6发出的光线照射在目标物上发生反射并通过光学视窗2进入面阵光纤阵列9，光线在面阵光纤束10内发生全反射后由光纤端口14进入光纤解码器15进行解码，由面成像电荷耦合器件16进行光信号分析和处理，并转换为电信号，输出面形成像区域内目标物的空间位置信息。

参照图7，线扫描高光谱传感器1包括依次连接的线阵光纤阵列17、线阵输入光纤束18、线分光器19、面阵输出光纤束20和线图像高光谱传感器21。参照图6，线阵光纤阵列17的输入端设置于光学视窗2的内侧面，线阵光纤阵列17中光纤端部的轴向与光学视窗2的内侧面垂直。

线阵输入光纤束18包括橡胶保护层和若干光纤丝，光纤丝为规则排列结构，光纤丝的输入端和输出端之间具有一一对应的二维空间位置编码信息。进一步的，光纤丝的表面涂覆有高反射率材料，光纤丝之间填充有吸光剂，以减少光在光纤丝中的传输损失。光纤丝的输入端和输出端设有减反角，从而减少光纤丝断面反射对成像质量的不利影响。

参照图7和图8，线分光器19包括分光器外壳23和位于分光器外壳23内且沿光路依次设置的输入光纤准直器24、定向分光器件26和输出光纤准直器27。线阵输入光纤束18、输入光纤准直器24、定向分光器件26、面阵输出光纤束20和输出光纤准直器27共轴线。分光器外壳23的内壁设有黑色吸光涂层，分光器外壳23与输入光纤准直器24之间设置有消杂光光阑25，用于消减非成像光。

进一步地，定向分光器件26为定向光栅-棱镜-衍射光栅-棱镜复合结构，定向光栅28和衍射光栅的两侧均设有石英保护层；定向光栅28能够阻挡非平行于光轴的光线进入，将线阵输入光纤束18输入的发散光规制为平行光，衍射光栅将通过定向光栅28的复合光线分解为数百个具有不同波长的离散光线。

通过定向光栅-棱镜-衍射光栅-棱镜复合结构进行调光和分光，光路结构简单，且没有活动部件，抗震动干扰能力强。

参照图7，线图像高光谱传感器21包括光纤解码器15和线成像电荷耦合器件22。线图像高光谱传感器21设置有光纤端口14，光纤端口14与面阵输出光纤束20的输出端连接，用于接受图像编码信号。光纤解码器15与光纤端口14连接，将光纤端口14的输入信号解码为二维光信号。

参照图7，线成像电荷耦合器件22贴合于外壳3的内侧面，并连接于光纤解码器15，将解码的二维光信号转化为电信号。线成像电荷耦合器件22包括一个空间维和一个光谱维，空间维用于输出线形成像区域内目标物的空间位置信息，光谱维用于输出目标物的光谱信息。线成像电荷耦合器件22设置有电气接口13和数据接口12。

光源6发出的光线照射在目标物上发生反射并进入光学视窗2和线阵光纤阵列17，光线在线阵输入光纤束18内发生全反射后进入线分光器19，线分光器19将复合光线分解为不同波段的离散光线；离散光线通过面阵输出光纤束20进入光纤解码器15解码后，由线成像电荷耦合器件22进行光信号分析和处理并转换为电信号，输出线形成像区域内目标物的空间位置信息和目标物的光谱信息。

电源7通过电缆与光源6、数据处理芯片4和无线收发器8连接，电源7通过电气接口13与面成像电荷耦合器件16和线成像电荷耦合器件22连接，并提供所需电能。

数据处理芯片4通过对应的数据接口12分别与面成像电荷耦合器件16和线成像电荷耦合器件22连接，面阵光纤传感器5和线扫描高光谱传感器1将电信号发送到数据处理芯片4，解析得到包含目标物空间位置和光谱信息的数据体，并通过无线收发器8上传到地面计算机。

地面计算机对上传的数据进行分析处理，输出视频、图像和光谱特征信息，通过与实验室内物质的光学指纹库进行对比分析，获得目标物的物质组成结构等信息。

实施例2

本申请实施例公开一种贯入式高光谱成像探测方法，采用实施例1公开的一种贯入式高光谱成像探测装置，包括以下步骤：

步骤1：在探测前对探测装置进行压力和水密性进行检测；

步骤2：根据现场条件将探测装置与不同长度的探杆和贯入设备进行连接，检验探杆垂直度并进行预探；

步骤3：开启光源6、面阵光纤传感器5、线扫描高光谱传感器1和无线收发器8，使用探杆和贯入设备将探测装置贯入地层；

步骤4：光源6发出的光线照射在目标物上发生反射并通过光学视窗2进入面阵光纤阵列9，光线经过面阵光纤束10，由光纤端口14进入光纤解码器15进行解码，再由面成像电荷耦合器件16进行光信号分析和处理并转换为电信号；

光源6发出的光线照射在目标物上发生反射并通过光学视窗2进入线阵光纤阵列17，光线由线阵输入光纤束18传输进入线分光器19，线分光器19将复合光线分解为不同波段的离散光线，离散光线通过面阵输出光纤束20，由光纤端口14进入光纤解码器15进行解码，再由线成像电荷耦合器件22进行光信号分析和处理并转换为电信号；

步骤5：面阵光纤传感器5和线扫描高光谱传感器1将电信号发送到数据处理芯片4，解析得到包含目标物的空间位置和光谱信息的数据体，并通过无线收发器8上传到地面计算机；

步骤6：地面计算机对上传的数据进行分析处理，输出视频、图像和光谱特征信息，将光谱特征信息与实验室内物质的光学指纹库进行对比分析，获得目标物的物质组成结构信息。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种贯入式高光谱成像探测装置，其特征在于：包括：

外壳，所述外壳的一端固定设置有圆锥形探头；

多个光学视窗，沿所述外壳周向间隔分布；

光源，安装于所述光学视窗内，所述光源发出的光可透过所述光学视窗进入土体，土体中目标物的反射光可透过所述光学视窗进入所述外壳；

所述外壳内设置有：

面阵光纤传感器，用于接收目标物的反射光并输出两个空间维的信息，包括面形成像区域内目标物的空间位置信息；

线扫描高光谱传感器，用于接收目标物的反射光并输出一个空间维和一个光谱维的信息，所述空间维的信息包括线形成像区域内目标物的空间位置信息，所述光谱维的信息包括目标物的光谱信息；

无线收发器，用于上传测试数据和接受控制信号；

数据处理芯片，用于对所述面阵光纤传感器和所述线扫描高光谱传感器的电信号进行分析处理，解析得到包含目标物空间位置和光谱信息的数据体并发送到所述无线收发器；

电源，用于对所述光源、所述面阵光纤传感器、所述线扫描高光谱传感器、所述数据处理芯片和所述无线收发器供电。

2.根据权利要求1所述的一种贯入式高光谱成像探测装置，其特征在于：所述面阵光纤传感器包括依次连接的面阵光纤阵列、面阵光纤束和面图像传感器，所述面阵光纤阵列设置于所述光学视窗的内侧面，所述面阵光纤阵列的轴向与所述光学视窗的内侧面垂直。

3.根据权利要求2所述的一种贯入式高光谱成像探测装置，其特征在于：所述面图像传感器包括光纤解码器和面成像电荷耦合器件；所述光纤解码器连接于所述面阵光纤束的输出端，用于将图像编码信号解码为二维光信号；所述面成像电荷耦合器件连接于所述光纤解码器，用于将解码的二维光信号转化为电信号，所述面成像电荷耦合器件的两个维度均为空间维，用于输出面形成像区域内目标物的空间位置信息。

4.根据权利要求1所述的一种贯入式高光谱成像探测装置，其特征在于：所述线扫描高光谱传感器包括依次连接的线阵光纤阵列、线阵输入光纤束、线分光器、面阵输出光纤束和线图像高光谱传感器，所述线阵光纤阵列设置于所述光学视窗的内侧面，线阵光纤阵列的轴向与所述光学视窗的内侧面垂直。

5.根据权利要求4所述的一种贯入式高光谱成像探测装置，其特征在于：所述线分光器包括分光器外壳和位于所述分光器外壳内且沿光路依次设置的输入光纤准直器、定向分光器件和输出光纤准直器，所述输入光纤准直器、所述定向分光器件和所述输出光纤准直器共轴线。

6.根据权利要求5所述的一种贯入式高光谱成像探测装置，其特征在于：所述定向分光器件为定向光栅-棱镜-衍射光栅-棱镜复合结构，所述定向光栅将发散光规制为平行光，所述衍射光栅将通过定向光栅的复合光线分解为多个具有不同波长的离散光线。

7.根据权利要求5所述的一种贯入式高光谱成像探测装置，其特征在于：所述分光器外壳的内壁设有黑色吸光涂层，所述分光器外壳与所述输入光纤准直器之间设置有消杂光光阑。

8.根据权利要求4所述的一种贯入式高光谱成像探测装置，其特征在于：所述线图像高光谱传感器包括光纤解码器和线成像电荷耦合器件；所述光纤解码器连接于所述面阵输出光纤束的输出端，用于将图像编码信号解码为二维光信号；所述线成像电荷耦合器件连接于所述光纤解码器，用于将解码的二维光信号转化为电信号，所述线成像电荷耦合器件包括一个空间维和一个光谱维，空间维用于输出线形成像区域内目标物的空间位置信息，光谱维用于输出目标物的光谱信息。

9.一种贯入式高光谱成像探测方法，其特征在于：采用权利要求1-8任一项所述的一种贯入式高光谱成像探测装置，包括以下步骤：

步骤1：开启光源、面阵光纤传感器、线扫描高光谱传感器和无线收发器，使用探杆和贯入设备将所述贯入式高光谱成像探测装置贯入地层；

步骤2：面阵光纤传感器将土体中目标物的反射光转化为电信号，输出两个空间维的信息；线扫描高光谱传感器将土体中目标物的反射光转化为电信号，输出一个空间维和一个光谱维的信息；

步骤3：面阵光纤传感器和线扫描高光谱传感器将电信号发送到数据处理芯片，解析得到包含目标物的空间位置和光谱信息的数据体，并通过无线收发器上传到地面计算机；

步骤4：地面计算机对上传的数据进行分析处理，输出视频、图像和光谱特征信息，将光谱特征信息与实验室内物质的光学指纹库进行对比分析，获得目标物的物质组成结构信息。