高光譜成像儀是光譜技術(shù)與圖像技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，不僅可以表征待測物空間分布的圖像特征，還能以其中某一像素或像素組為目標(biāo)獲取其光譜特性，被廣泛的應(yīng)用于精細(xì)農(nóng)業(yè)、地質(zhì)勘查等領(lǐng)域。那么，高光譜成像儀按照分光器件不同可分為哪些類型？本文為大家作了介紹。

成像光譜儀的核心元件-分光器件，其發(fā)展過程從最開始的色散棱鏡到隨后的衍射光柵，之后從采用干涉調(diào)制元件再到可調(diào)諧濾光器的廣泛應(yīng)用，分別對應(yīng)分光器件的三大類型：色散型成像光譜儀、干涉型成像光譜儀和可調(diào)諧濾光器型成像光譜儀。

1.色散型成像光譜儀

色散型成像光譜儀作為最開始使用的成像光譜儀，是一種常見的成像光譜儀，它的分光元件是三棱鏡或者光柵，如上圖所示，上圖不僅是推掃式成像光譜儀的原理圖，也是色散型成像光譜儀的成像原理圖，其中的分光元件使用的就是色散元件（三棱鏡或者光柵）。自然光照射到地面目標(biāo)物后，目標(biāo)物體反射的光通過指向鏡的反射成像在物鏡后面的狹縫平面上，形成的像能夠穿過該狹縫，但是其他的干擾光比如環(huán)境光不能通過狹縫，因此地面目標(biāo)物體形成的像經(jīng)過狹縫后將獲得一維的空間信息。在經(jīng)過狹縫后，地面目標(biāo)物形成的一條一條的像經(jīng)過擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡后照射到分光元件（色散元件為棱鏡或者光柵），經(jīng)過色散元件色散后再由像鏡會(huì)聚為一條條的光譜像并且將這些光譜像成像到面陣列探測器上。

面陣列探測器上平行于狹縫的方向包含待測物體的空間信息，每個(gè)像元點(diǎn)對應(yīng)于窄波段的狹縫像，而面陣列探測器上垂直于色散元件的方向包含待測物體的光譜信息。在探測器上的每一行像元點(diǎn)對應(yīng)一個(gè)窄波段，每一列的像元點(diǎn)對應(yīng)于瞬間采集的不同波長下的像，因此面陣列探測器的每一幀圖像就是待測物體通過狹縫所形成的光譜圖像數(shù)據(jù)。

2.干涉型成像光譜儀

在基于光的干涉原理基礎(chǔ)上，干涉型成像光譜儀利用干涉圖和復(fù)原光譜之間的傅里葉變換關(guān)系，再計(jì)算兩者的傅里葉積分從而得到被測對象的光譜信息。干涉型成像光譜儀根據(jù)調(diào)制方式的不同可分為兩大類，一類是基于邁克爾遜干涉儀的時(shí)間調(diào)制型干涉成像光譜儀，另一類是基于橫向剪切干涉儀的空間調(diào)制型干涉成像光譜儀。

時(shí)間調(diào)制型干涉成像光譜儀核心結(jié)構(gòu)原理圖如下圖所示。為了得到時(shí)間序列干涉圖，其核心結(jié)構(gòu)需要高精度的動(dòng)鏡驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來控制動(dòng)鏡以均勻速度在水平方向上移動(dòng)，因此在機(jī)械加工方面對精度的要求非常高，從而增加了成本。另外，雖然其光譜分辨率較高，但是該成像光譜儀圖像采集周期較長且抗震動(dòng)能力差，故在國際上，時(shí)間調(diào)制型成像光譜儀逐漸被各方面性能更好的空間調(diào)制型成像光譜儀所超越并且取代。

空間調(diào)制型成像光譜儀由于系統(tǒng)中不含動(dòng)鏡，所以又被稱為無動(dòng)鏡干涉成像光譜儀，它成功解決了時(shí)間調(diào)制型干涉成像光譜儀的一些缺點(diǎn)不足，不僅降低了機(jī)械加工成本，而且具有更好的抗震性能、更寬的可使用波段以及更小的體積等優(yōu)點(diǎn)。按分光元件的不同可以分為Sagnac干涉儀和雙折射晶體干涉儀，下圖為典型的Sagnac空間調(diào)制型干涉成像光譜儀原理圖。

3.可調(diào)諧濾光器型成像光譜儀

可調(diào)諧濾光器型成像光譜儀在近幾年來得到了快速的發(fā)展，它的原理是將可調(diào)諧濾光器放在探測器前，通過調(diào)節(jié)可調(diào)諧濾光器的透過波長以獲得不同波長的光譜圖像，其基本成像系統(tǒng)如下圖所示。

可調(diào)諧濾光器可分為聲光可調(diào)諧濾光器（AOTF）和液晶可調(diào)諧濾光器（LCTF）兩種。AOTF是根據(jù)各向異性雙折射晶體聲光衍射的原理制成的，LCTF是根據(jù)偏振光的干涉原理制成的。