普通成像儀只是針對(duì)單一的波段成像，而光譜成像儀是在更寬的波段范圍內(nèi)成像，不僅獲得目標(biāo)的二維空間信息，同時(shí)還能獲得目標(biāo)的光譜信息，形成一個(gè)三維數(shù)據(jù)立方體，完成對(duì)目標(biāo)特性的綜合探測(cè)。光譜成像儀可以根據(jù)掃描方式、分光方式、光譜分辨率大小分成不同的類型。本文為大家做了相應(yīng)的介紹。

不同掃描方式的光譜成像儀：

根據(jù)掃描方式分類，光譜成像儀的工作方式可以分為揮掃方式、推掃方式、凝視方式三種，如下圖所示。

（1）揮掃方式（擺掃）的成像光譜儀使用線陣探測(cè)器來(lái)接收目標(biāo)信息，其原理如上圖所示，通過(guò)掃描鏡的左右擺掃可以完成一維的掃描，當(dāng)光譜儀隨機(jī)載平臺(tái)移動(dòng)就可以完成二維的空間掃描，得到帶狀二維空間信息，同時(shí)在揮掃中光譜儀可以得到對(duì)應(yīng)線陣探測(cè)器的瞬時(shí)視場(chǎng)角內(nèi)的光譜信息，最后經(jīng)數(shù)據(jù)處理即可得到目標(biāo)的三維數(shù)據(jù)立方體。揮掃方式的優(yōu)點(diǎn)是其瞬時(shí)視場(chǎng)較小，因此系統(tǒng)像質(zhì)較高，通過(guò)揮掃能夠得到較大的總視場(chǎng)。但是儀器中掃描的機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成儀器體積龐大，又由于光機(jī)掃描使每個(gè)像元的凝視時(shí)間很短，因此很難提高光譜儀的空間和光譜分辨率。

（2）推掃方式（推帚）的成像光譜儀采用面陣探測(cè)器來(lái)接收目標(biāo)信息，其原理如上圖所示面陣探測(cè)器本身完成了垂直飛行方向的掃描，當(dāng)光譜儀隨機(jī)載平臺(tái)移動(dòng)時(shí)會(huì)同時(shí)得到目標(biāo)的空間維信息和光譜信息。與前者相比，推掃方式?jīng)]有用于掃描的機(jī)械結(jié)構(gòu)，體積小、實(shí)用性和可靠性較強(qiáng)，適用于棱鏡或光柵分光方式的光譜儀。但光學(xué)設(shè)計(jì)上的困難使得推帚式光譜儀的總視場(chǎng)一般不大，若要增大視場(chǎng)一般需要在光學(xué)系統(tǒng)中添加指向鏡或補(bǔ)償鏡，但是這樣又會(huì)使系統(tǒng)的復(fù)雜度增加。

（3）采用凝視方式的光譜儀同樣采用面陣探測(cè)器接收目標(biāo)信息，原理如上圖所示，光譜儀采用二維視場(chǎng)成像方式，可以同時(shí)進(jìn)行二維掃描，完成對(duì)二維目標(biāo)空間的成像，通過(guò)搭載平臺(tái)完成沿軌道方向的畫幅式成像。其光譜信息和空間信息不能同時(shí)得到，需要通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)的濾光片輪、可調(diào)諧濾光片或漸變?yōu)V光片等進(jìn)行分光獲取光譜維信息，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后才能得到三維數(shù)據(jù)立方體。凝視方式擺脫了機(jī)械掃描結(jié)構(gòu)，使得系統(tǒng)體積大幅減小，但后期的數(shù)據(jù)處理較為困難。

不同分光方式的光譜成像儀：

根據(jù)分光方式光譜儀可以分為棱鏡型、光柵型、干涉型、濾光片型、計(jì)算成像型。

（1）棱鏡型分光方式利用的是棱鏡的色散能力來(lái)分光。使用棱鏡分光，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，能量透過(guò)率高，雜散光少。缺點(diǎn)是單一材料的棱鏡的色散是不均勻的，光譜的分辨率存在非線性，同時(shí)單棱鏡還會(huì)帶來(lái)譜線彎曲及色畸變。如今使用棱鏡的光譜儀多數(shù)采用復(fù)合棱鏡或曲面棱鏡來(lái)修正色散的非均勻性，如雙阿米西棱鏡、Littrow 棱鏡、阿貝恒偏向棱鏡等。

（2）光柵型分光方式利用的是光柵衍射原理，光束經(jīng)過(guò)光柵后由于衍射和干涉會(huì)在像面上形成明暗相間的條紋，這些條紋的極大位置與波長(zhǎng)大小相關(guān)。使用光柵分光優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、色散線性，并且由于光柵型光譜儀的光譜分辨率與狹縫寬度成反比，因此其光譜分辨率較高。缺點(diǎn)是光柵型光譜儀存在高階譜線，會(huì)分散一部分能量還會(huì)對(duì)工作譜段產(chǎn)生干擾，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多的雜散光。為了改進(jìn)這些缺陷，如今已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了新型的分光光柵如凸面光柵、凹面光柵，可以加強(qiáng)分光效率使結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)化，還有棱鏡-光柵組合元件。

（3）濾光片型分光方式是應(yīng)用最早的分光方式，根據(jù)濾光片只有特定的波段可以通過(guò)的原理進(jìn)行分光。這種分光方式包括多相機(jī)式、濾光片輪式、線性漸變?yōu)V光片式、楔形濾光片式和可調(diào)諧濾光片式等。

（4）干涉型光譜儀利用相干成像先得到目標(biāo)的干涉圖像，再由此圖像獲得物體上特征點(diǎn)的干涉曲線，最后通過(guò)逆傅里葉變換計(jì)算出所有特征點(diǎn)的譜段曲線，再加上一個(gè)維度的掃描即可得到完整的三維數(shù)據(jù)立方體。干涉型光譜儀包括時(shí)間調(diào)制型干涉、空間調(diào)制型干涉和時(shí)空混合調(diào)制型干涉。

（5）計(jì)算層析成像型光譜儀通過(guò)將目標(biāo)的三維數(shù)據(jù)立方體從不同方向投影到二維面陣探測(cè)器上，然后將這些投影圖像利用層析算法重構(gòu)而得到目標(biāo)的數(shù)據(jù)立方體，即目標(biāo)的光譜圖像。計(jì)算層析型光譜儀一般采用凝視式工作方式，能夠探測(cè)位置和光譜特性不斷變換的目標(biāo)的光譜信息，但由于CCD探測(cè)器和色散元件的制約，此類光譜成像技術(shù)的成本過(guò)高。

不同分辨率的光譜成像儀：

根據(jù)光譜分辨率的高低不同，可以將光譜成像技術(shù)分為多光譜、高光譜、超光譜三類。

（1）多光譜成像光譜儀的光譜范圍最寬，光譜分辨率稍低，通常有幾個(gè)到十幾個(gè)波段，常用來(lái)做地物分類，成熟度檢測(cè)等。

（2）高光譜成像光譜儀的光譜范圍較窄，光譜分辨率中等，通常有幾十到幾百個(gè)波段，常用來(lái)做資源勘探、軍事偵察等。

（3）超光譜成像光譜儀的光譜范圍最窄，光譜分辨率較高，通常有幾千個(gè)波段，常用來(lái)做化學(xué)成分檢測(cè)。