干涉型光谱成像仪的类型及不同类型的成像原理

干涉光谱成像仪可细分为时间调制型、空间调制型和时空联合调制型，三者的区别在于干涉图的获取方式不同。本文对干涉型光谱成像仪的类型及不同类型的成像原理做了介绍，感兴趣的朋友不妨了解一下！

时间调制型光谱成像仪：

目前应用最广泛的时间调制型干涉光谱成像仪为迈克尔逊干涉仪，结构如下图所示。地物的辐射光谱经过光学准直单元准直后入射到分束器上，反射光与透射光分别被迈克尔逊光谱成像仪的定镜和动镜反射后入射到分束器上发生干涉，再经过成像光学系统会聚于探测器靶面的探测单元上。在干涉图的采样过程中，系统始终“凝视”同一目标，每次采样对应于干涉图的一个光程差。通过移动动镜改变两束光的光程差，即可采集到具有不同光程差的二维干涉图像，从而构成干涉图像的数据立方体。在对干涉图像的数据立方体的多行干涉信息分别进行傅里叶变换后，才可得到景物目标的三维光谱数据立方体。

时间调制型干涉光谱成像仪的光谱分辨率与动镜移动的最远距离成反比，因此可通过增大动镜的移动距离来提高系统的光谱分辨率，但过高的光谱分辨率会导致系统的体积较大。此外，由于时间调制型干涉光谱成像仪中动镜运动部件的存在，导致其性能稳定性较差，这也对动镜系统的运动精度和稳定性提出了较高的要求。

空间调制型光谱成像仪：

随着面阵探测器的发展，空间调制型干涉光谱成像技术应运而生。目前应用较为广泛的空间调制型干涉光谱成像仪为 sagnac型光谱成像仪，结构如下图所示。目标辐射被前置镜聚焦于系统的一次像面处，经过一次像面上的狭缝后进入横向剪切干涉仪，来自狭缝的目标光被横向剪切仪剪分为两个相干虚狭缝，具有不同光程差的两束相干光通过傅氏镜组和柱面镜后产生干涉并最终在探测器像面形成干涉图。

空间调制型光谱成像仪一次曝光即可获得目标景物的一维光谱图像和一维空间图像，再沿光谱维进行推扫就可以获得目标的干涉图像数据立方体。在对像面的干涉图数据沿光谱维各行或各列分别进行傅里叶变换后，即可得到目标的三维光谱数据立方体。

空间调制型光谱成像仪没有运动部件且性能稳定，属于静态干涉仪。相对于时间调制型光谱成像仪，其更适合用于运动目标的监测。但由于狭缝的存在，其能量利用率较低。

时空联合调制型光谱成像仪：

时空联合调制型干涉光谱成像仪是在空间调制型干涉光谱成像仪的基础上发展起来的一种新型的光谱成像仪。其分光原理也是基于横向剪切干涉仪，同样是通过光谱成像仪与目标的相对运动完成干涉图和目标景象的获取，原理图如下图所示。

时空联合调制型光谱成像仪的干涉图信号与空间调制型干涉光谱成像仪的干涉信号相同，只不过某一地元目标全部光程差对应干涉信息的获取要通过时间维的推扫获得。时空联合调制型干涉光谱成像仪每次采样到的单帧图像，为二维空间图像与景物目标不同光程差下干涉条纹的叠加，对推扫到的原始图像数据重新排列后才能得到二维景物目标的干涉图像数据立方体。由于没有狭缝和运动部件的存在，其能量利用率优于空间调制型干涉光谱成像仪，结构稳定性优于时间调制型光谱成像仪。