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(cè)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(duì)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(cè)器上。

面陣列探測(cè)器上平行于狹縫的方向包含待測(cè)物體的空間信息，每個(gè)像元點(diǎn)對(duì)應(yīng)于窄波段的狹縫像，而面陣列探測(cè)器上垂直于色散元件的方向包含待測(cè)物體的光譜信息。在探測(cè)器上的每一行像元點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)窄波段，每一列的像元點(diǎn)對(duì)應(yīng)于瞬間采集的不同波長(zhǎng)下的像，因此面陣列探測(cè)器的每一幀圖像就是待測(cè)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(cè)對(duì)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(duì)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(zhǎng)且抗震動(dòng)能力差，故在國(guó)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(cè)器前，通過調(diào)節(jié)可調(diào)諧濾光器的透過波長(zhǎng)以獲得不同波長(zhǎng)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。