干涉光谱成像仪的原理及干涉光谱成像仪的类型

干涉光谱成像仪的基本原理是利用干涉图和光谱图之间的傅里叶关系，通过接收到的干涉图数据来复原光谱信息。按照其调制方式和结构的不同，可分为时间调制干涉光谱成像仪和空间调制干涉光谱成像仪。本文对干涉光谱成像仪的原理及干涉光谱成像仪的类型做了具体的介绍。

干涉光谱成像仪的原理：

干涉光谱成像技术是随着干涉光谱技术发展而发展起来的。它的基本原理是利用干涉图和光谱图之间的傅里叶关系，通过接收到的干涉图数据来复原光谱信息。一般情况下，基于双光束干涉的光谱成像仪称为傅里叶光谱成像仪。按照其调制方式和结构的不同将干涉光谱成像仪分为时间调制（动镜）干涉光谱成像仪和空间调制（无动镜）干涉光谱成像仪，它们的基本结构都是由前置光学系统、干涉仪系统、数据采集和图像处理系统组成，但无论是哪种光谱仪都是调制两束光的光程差，虽然分为时间调制型和空间调制型，但是都是对立方体数据进行相同的处理。

干涉光谱成像仪的类型：

1.时间调制（动镜）干涉光谱成像仪

基于迈克耳逊干涉仪的时间调制型千涉光谱成像仪最为普遍。迈克耳逊光谱成像仪通过动镜进行机械扫描，测量其像面上各个像元的辐射强度，进而产生像元辐射的干涉图。迈克耳逊干涉光谱成像仪主要组成部分有准直透镜、分束器、平面镜、聚焦透镜和面探测器等光学元件。在时间调制型的干涉光谱仪中，可以做到很大的光程差，因此可以有效实现高分辨率；同时干涉型的光谱成像仪还具有高信噪比、高光通量的优点，在不需要推扫的情况下就能够获得三维信息。由于其工作原理是时间调制且非共路干涉，所以测量时对机械的精密度要求很高，使其制造成本提高：同时由于测量时需要移动动平面镜来获得时间调制的干涉图，所以不能实现实时的快速测量，综上所述，时间调制型的光谱成像仪技术难度较大，具有较高的数据采集成本。

2.空间调制（无动镜）干涉光谱成像仪

随着面阵探测器的发展，空间调制干涉光谱成像仪也随之出现，它不仅保留了动镜干涉光谱成像仪的优点，同时大大降低了其制造成本。具有体积小、质量轻、谱段宽、实时性好、性能稳定等优点。目前世界上所研究的空间调制干涉光谱成像仪主要有两种方式：一种是利用双折射原理制成的光谱成像仪，一种是以Sagnac棱镜为分束器的三角共路型光谱成像仪。

双折射型干涉光谱成像仪是利用双折射晶体来实现双折射现象的。双折射型干涉光谱成像仪的狭缝大小和形状并不影响光谱的分辨率；同时由于双折射型的光谱仪是无需动镜的共路干涉，具有结构紧凑，抗外界扰动能力强等优点，同时可实现实时快速的目标探测。但由于其特殊的结构，这种类型的光学系统具有较高的复杂性，又由于为了获得高信噪比和大光通量，制约了空间分辨能力。

三角共路型干涉光谱成像仪是由前置望远光学系统、入射狭缝、傅里叶透镜、柱面镜和面阵探测器等基本光学元件构成。三角共路型干涉光谱成像仪具有如下特点：成像仪的狭缝宽度仅由一维空间分辨率决定，并不影响光谱的分辨率。在设计过程中，可考虑降低光谱分辨率的设计要求。通过探测器阵列对获得的干涉图进行采样完成光谱探测。其分辨率主要由探测器的系统参数所决定；三角共路型干涉光谱成像仪并不需要动镜设计，在工作中不需要机械部件大范围移动，具有结构紧凑、稳定性强、抗振动冲击能力强等优点。