高光譜成像光譜儀一般包括物鏡、狹縫、準(zhǔn)直透鏡、分光模塊、會(huì)聚鏡和探測(cè)器，狹縫決定光譜儀的視場(chǎng)，通過(guò)準(zhǔn)直鏡到達(dá)分光模塊，不同波長(zhǎng)的光被分光模塊分離，經(jīng)過(guò)會(huì)聚鏡聚集到探測(cè)器上。本文對(duì)高光譜成像儀的掃描技術(shù)和分光技術(shù)做了介紹。

高光譜成像儀的掃描技術(shù)：

對(duì)于高光譜成像光譜儀來(lái)說(shuō)，根據(jù)不同的工作模式，可以將其掃描技術(shù)分為點(diǎn)掃式高光譜成像、推掃式高光譜成像和凝視型高光譜成像。

點(diǎn)掃描式高光譜顯微成像是對(duì)逐個(gè)像素點(diǎn)掃描成像，通過(guò)機(jī)械模塊收集每個(gè)點(diǎn)的能量，經(jīng)過(guò)色散模塊進(jìn)行分光，產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的輻射能量，再由線(xiàn)陣探測(cè)器接收。點(diǎn)掃式光譜成像可以獲得較大的視場(chǎng)范圍，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，但成像時(shí)間長(zhǎng)。

推掃式高光譜顯微成像中的探測(cè)器是面陣探測(cè)器，探測(cè)器接收的圖像是二維數(shù)據(jù)，包括光譜信息和空間信息。像成像在狹縫處，狹縫透過(guò)一個(gè)成像行，該成像行的光經(jīng)過(guò)分光元件后，光譜維展開(kāi)并聚焦在探測(cè)器上，通過(guò)對(duì)二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)來(lái)記錄空間維，線(xiàn)掃成面，完成圖像的采集。推掃式高光譜成像結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的掃描模塊，體積小，重量輕。

凝視型高光譜成像的探測(cè)器也是面陣探測(cè)器，結(jié)構(gòu)緊湊，在凝視型高光譜成像系統(tǒng)中，分光元件有可調(diào)諧濾波片分光和干涉型分光，需要通過(guò)一定時(shí)間的掃描獲得完整的圖像。系統(tǒng)中沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，但是對(duì)平臺(tái)的穩(wěn)定性要求較高，另外，因?yàn)檫M(jìn)行波段的掃描，所以光譜信息不可以同時(shí)獲取。

高光譜成像儀的分光技術(shù)：

根據(jù)以色散分光進(jìn)行光譜測(cè)量區(qū)分，高光譜成像光譜儀的分光方法包括棱鏡分光、光柵分光、棱鏡-光柵-棱鏡（PGP）分光。

1.棱鏡分光

光的色散是指當(dāng)光在介質(zhì)中傳播時(shí)，折射率隨著光的波長(zhǎng)的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。棱鏡分光的原理便是利用了這一特性，在同一種介質(zhì)中，不同波長(zhǎng)的光有不同的折射率，因此，不同波長(zhǎng)的單色光從一個(gè)角度進(jìn)入棱鏡時(shí)，會(huì)發(fā)生不同角度的偏移，即經(jīng)過(guò)棱鏡后，會(huì)看到各種不同顏色的光。棱鏡分光原理如下圖所示，光首先通過(guò)狹縫，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直為平行光，平行光經(jīng)過(guò)棱鏡分解成各種顏色，通過(guò)會(huì)聚鏡按波長(zhǎng)的順序匯聚到探測(cè)器的不同位置。棱鏡分光的光譜分辨率較高、光學(xué)效率高、系統(tǒng)不復(fù)雜，但是它的光譜范圍窄、系統(tǒng)的緊湊性不高、光譜的色散是非線(xiàn)性的。

2.光柵分光

光柵是在一塊玻璃或者金屬片上刻有大量平行等寬、等距的刻痕或狹縫，狹縫數(shù)量很多，作為光譜儀上的分光元件是其最重要的應(yīng)用。

光柵的分光是根據(jù)衍射效應(yīng)，因?yàn)楣鈻啪哂泻軓?qiáng)的色散特點(diǎn)，光經(jīng)過(guò)大量等間隔的狹縫，在每個(gè)狹縫處會(huì)產(chǎn)生衍射，經(jīng)過(guò)衍射后各縫間又發(fā)生干涉的現(xiàn)象，原理圖如下圖所示。光柵分光的分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于棱鏡，其光譜分辨率高、光譜范圍寬，也可以同時(shí)獲取到光譜通道，但是它的光學(xué)效率不高。

3.棱鏡-光柵-棱鏡（PGP）分光

棱鏡-光柵-棱鏡分光結(jié)合了棱鏡和光柵的優(yōu)點(diǎn)，PGP的原理如下圖所示，它是在兩塊棱鏡之間放置光柵，該光柵多數(shù)為體相位全息光柵，具有高光譜分辨率高、光學(xué)效率較高的特點(diǎn)，但是其包含一個(gè)較難制作的體全息透射光柵模塊，增加了制作棱鏡-光柵-棱鏡分光模塊的成本。