高光譜成像數(shù)據(jù)包括2D空間信息和1D光譜信息根據(jù)。根據(jù)光譜分光方式的不同，光譜成像技術(shù)主要分為色散型、濾光型、干涉型等，成像原理也不一樣。本文主要介紹了干涉型高光譜成像技術(shù)的原理。

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傅里葉變換干涉型光譜成像技術(shù)是一種間接光譜成像技術(shù)，通過具有光程差的相干光束形成穩(wěn)定干涉條紋，利用干涉條紋光波能量與復(fù)色光光譜存在的傅里葉變換關(guān)系，實現(xiàn)窄帶光譜的反演解算。

1.?干涉成像光譜原理

同一單色波長的光各自形成相干干涉，互不干擾，形成單色光的干涉強度分布

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式中：△為光程差；v為波數(shù)，v=1/λ；An為振幅；An（v）為復(fù)色光強；l，r分別為分束鏡的透過率和反射率。

不同波長的光不滿足干涉條件（光波頻率不同），為非相干疊加，總強度是單色波長干涉強度的和（積分）。

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式（8）第一項與光程差△無關(guān)，代表復(fù)色光干涉總強度的直流成分；式（8）第二項與光程差有關(guān)，代表復(fù)色光干涉總強度的交流成分。實際處理時，總強度l（△）可以去除直流成分，單獨保留交流成分

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FFT型高光譜成像技術(shù)根據(jù)調(diào)制方式的不同可分為三類：一類是基于邁克爾遜干涉儀原理的時間調(diào)制型FFT光譜成像技術(shù)；另一類是基于 Sagnac干涉儀原理的空間調(diào)制型FFT光譜成像技術(shù)；第三類是時空混合調(diào)制型FFT光譜成像技術(shù)。

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2.?時間調(diào)制型

時間調(diào)制型干涉原理如圖所示，它以Michelson干涉儀為分光元件，人射光束經(jīng)分束鏡分成兩束：反射光束、透射光束；反射光束經(jīng)靜鏡反射、分束鏡透鏡到達聚焦鏡；透射光束經(jīng)動靜反射、分束鏡反射到達聚焦鏡；兩束光束徑聚焦透鏡干涉，成像在探測器上呈干涉條紋。

時間調(diào)制型FFT光譜成像儀的特征：一次只能獲得2D場景一個光程差的干涉圖，需要依靠動鏡M2的掃描運動產(chǎn)生不同光程差的干涉圖，需要一定時間才能完成序列干涉圖的產(chǎn)生。

優(yōu)點：

①從理論上講可以達到任意的光譜分辨率（只要人射光能量足夠強）、測量的光譜范圍也非常寬；

②儀器只依賴于運動掃描系統(tǒng)，相對于利用色散掃描的光譜儀來說，其結(jié)構(gòu)要簡單得多。

缺點：

①通過動鏡M2運動改變透射光束光程，從而改變反射光束與透射光束的光程差，因此需要非常精確的位置掃描；

②當需要較高光譜分辨率時，動鏡移動量很大，體積比較龐大。

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3.?空間調(diào)制型

空間調(diào)制型FFT光譜成像儀原理如圖所示，它以分體式 sagnac干涉儀為分光元件，分束鏡45°放置，反射鏡M1、反射鏡M2首先相對于分束鏡BS布置。當反射鏡M1與反射鏡M2對稱時，透射光束與反射光束沒有光程差，不會引起干涉；當兩個反射鏡不對稱時，如圖中反射鏡M2平行偏移c，可實現(xiàn)橫向剪切量為d，透射光束與反射光束形成光程差，滿足干涉條件空間調(diào)制型FFT光譜成像儀的特征在于：不同光程差通過反射鏡的位置空間差的方式一次調(diào)制，一次即可以獲得1D光譜維和1D空間維，由垂直于狹縫方向的1D空間掃描獲得另一維的空間維信息。

優(yōu)點：

①沒有運動部件，穩(wěn)定性強；

②可同時獲得1D狹縫內(nèi)每個點的干涉圖，因此光譜可實時測量；

③狹縫寬度只決定1D空間分辨率的要求，在滿足空間分辨率的前提下，狹縫寬度可以盡可能的大，從而具有大視場和高通量的優(yōu)勢。

缺點：

①空間調(diào)制型的光程差不可能很大，難以實現(xiàn)較高的光譜分辨率；

②存在狹縫，降低了人射輻射通量，降低了系統(tǒng)的信噪比。

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4.?時空混合調(diào)制型

時空混合調(diào)制型FFT光譜成像儀形式上與空間調(diào)制型FFT光譜成像儀類似，但光路上沒有人射狹縫，也沒有柱面鏡；空間調(diào)制型進入橫向剪切分束鏡的光線是透過1D狹縫的光束，而時空混合調(diào)制型進入分束鏡的是2D場景的平行光

?時空混合調(diào)制型FFT光譜成像儀原理時空混合調(diào)制型FFT光譜成像儀的特征在于：光程差由橫向剪切產(chǎn)生，故屬于空間調(diào)制；同一時刻不同視場角的光程差不同，特定物點的一系列光程差需要在不同時刻通過推掃產(chǎn)生，從而最終獲得一副完整的干涉圖，因而具有時間調(diào)制特點6]。

優(yōu)點：

①原理簡單、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，系統(tǒng)設(shè)計難度降低；

②沒有運動部件，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、抗震動性和抗沖擊性；

③允許很大的視場，大口徑，在滿足光通量的要求下，可以大大減小儀器的體積、重量。

缺點

具有時間調(diào)制特征，物點的不同光程差在不同時刻獲取，故不具有光譜測量實時性。

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