高光譜成像儀也稱成像光譜儀，實(shí)質(zhì)上是將二維影像和地物光譜測量結(jié)合起來的圖譜合一的遙感技術(shù)，其光譜分辨率高達(dá)納米數(shù)量級。本文對高光譜成像儀成像方式的類型做了簡要的介紹，對此感興趣的朋友可以了解一下！

高光譜成像儀的光學(xué)系統(tǒng)一般由成像光學(xué)和光譜分光兩部分組成，前者完成對目標(biāo)的空間幾何成像，后者完成光譜維掃描或光譜波段分割，實(shí)現(xiàn)光譜的細(xì)分。例如，一個(gè)MXN二維傳感器安裝在高光譜成像儀的色散維度焦平面上，其中一維M元探測器對應(yīng)于成像系統(tǒng)的空間狹縫，形成空間維M個(gè)像點(diǎn)的成像，另一維N元探測器就形成了N個(gè)光譜波段的探測，合起來就是一個(gè)M個(gè)成像像素、N個(gè)波段的成像光譜儀。

相比于其他類型的光電系統(tǒng)，高光譜成像儀的最大特色在于它的光譜分光系統(tǒng)，各種類型的成像光譜儀也因分光方式的不同而特點(diǎn)各異。下文對高光譜成像儀較為常用的幾類分光方式進(jìn)行了介紹。

光柵分光

光柵分光是利用了光學(xué)衍射的基本原理。最基本的透射型衍射光柵由大量相等大小、相等間隔的小狹縫組成，單個(gè)狹縫引起一個(gè)衍射條紋，并且從各個(gè)狹縫來的波還發(fā)生干涉。因而，在透鏡的焦面上形成一種組合的干涉-衍射條紋，條紋極大位置與波長有關(guān)，從而獲得我們所需要的色散譜線。一般的光柵光信號的最大能量在不色散“零級”的位置上，為了獲得特定位置的光譜分布，通過平面閃耀光柵實(shí)現(xiàn)。光柵作為高光譜成像儀的分光組件，其最大的優(yōu)點(diǎn)是光譜色散呈線性，最大衍射能量的波長位置可以通過改變閃耀光柵的閃耀角進(jìn)行調(diào)整，在全光譜波段均可使用，結(jié)構(gòu)相對也比較簡單。其缺點(diǎn)是高階光譜的存在不僅分散了一部分能量，還會對工作的光譜形成干擾。在目前成熟的高光譜成像儀中，光柵分光還是最為普遍的選擇。

為了提高光柵分光系統(tǒng)的光學(xué)質(zhì)量和效率，簡化結(jié)構(gòu)，在平面光柵的基礎(chǔ)上，又發(fā)展了曲面光柵，包括凹面光柵和凸面光柵，特別是在發(fā)散光束中使用凸面光柵的方法，不但結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕，而且可以通過選擇光柵常數(shù)和成像系統(tǒng)的變焦來滿足空間和光譜分辨率的要求，并且可以克服準(zhǔn)直光束應(yīng)用方法中像面彎曲的問題。凸面光柵和離軸反射系統(tǒng)在視場、光學(xué)效率、像質(zhì)等方面具有優(yōu)勢，另外跟凹面光柵相比，它具有更好的成像平場度。凸面光柵已成為光柵式成像光譜儀的首選，特別是應(yīng)用于星載高分辨率高光譜成像載荷。把光柵和棱鏡相結(jié)合，保留各自的優(yōu)點(diǎn)，就出現(xiàn)了棱鏡-光柵-棱鏡結(jié)構(gòu)的分光系統(tǒng)，這類分光系統(tǒng)也在多種成像光譜儀中得到應(yīng)用。

棱鏡分光

棱鏡分光主要利用棱鏡的色散原理，單色光經(jīng)光楔折射后將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，不同的波長會產(chǎn)生不同的偏轉(zhuǎn)角，從而達(dá)到分光的要求。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，所有光學(xué)能量都通過棱鏡，形成唯一的光譜色散譜線，光能利用效率高；缺點(diǎn)是不同波長的光線經(jīng)過棱鏡后，色散是非線性的，使得不同波長波段間的空間位置和信號不均衡，且用來做長波紅外色散棱鏡的材料并不多，棱鏡分光一般用于可見、近紅外和短波紅外波段的光譜分光。

濾光片式分光

使某些波長的光高透射而另一些波長的光高反射的元件稱為濾光片。濾光片式高光譜成像儀有很多種類，如旋轉(zhuǎn)濾光片式、劈形濾光片式、可調(diào)諧濾光片式等。旋轉(zhuǎn)濾光片式高光譜成像儀是由一組不同波長的窄帶濾光片組成濾光片輪，通過輪子的轉(zhuǎn)動獲得不同波長的高光譜分辨率的圖像。劈形濾光片式高光譜成像儀把透過波長漸變的劈形濾光片耦合在焦平面探測器的前面。它采用面陣探測器，在一次曝光時(shí)間里可以獲得一組不同波長和不同位置的高光譜圖像，通過推掃可獲得整個(gè)成像光譜的數(shù)據(jù)立方體。濾光片式高光譜成像儀的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡單，實(shí)現(xiàn)也相對容易，但一景圖像的每一行分別對應(yīng)不同的地面目標(biāo)和不同的光譜波段，給圖像的配準(zhǔn)和數(shù)據(jù)的后處理帶來許多困難?？烧{(diào)諧濾光片式是通過某種特殊的物理材料，在電性能的控制下，使其成為不同波長的窄帶濾光片，典型的有聲光可調(diào)諧器件和液晶可調(diào)諧器件。聲光可調(diào)諧濾光器（AOTF）是根據(jù)聲光衍射原理制成的新型分光器件，而液晶可調(diào)諧濾光片是利用液晶雙折射原理來形成的一個(gè)窄帶濾光片。

傅里葉變換分光

傅里葉變換分光主要利用了邁克爾遜干涉原理，從原理上可以分為時(shí)間調(diào)制（動態(tài)）型和空間調(diào)制（靜態(tài)）型。時(shí)間調(diào)制型傅里葉分光的核心就是一臺邁克爾遜干涉型成像光譜儀，通過動鏡的運(yùn)動產(chǎn)生光程差，而形成干涉圖像。記錄該干涉圖像，通過傅里葉變換反演就可以獲取目標(biāo)點(diǎn)的光譜圖像。空間調(diào)制型傅里葉高光譜成像儀又稱靜止型傅里葉高光譜成像儀，地面上的目標(biāo)點(diǎn)發(fā)出的光束通過分束片和反射鏡，產(chǎn)生光程差，在像面上產(chǎn)生空間相干的干涉條紋，同樣記錄該干涉圖像，通過傅里葉變換反演獲取目標(biāo)的光譜圖像。