高光谱成像仪几种常见分光方式的原理及特点

高光谱成像仪根据分光方式的不同，可以分为不同的类型，比较常见的分光方式有：棱镜分光、光栅分光、傅里叶干涉分光以及滤光片分光。不同分光方式的原理不同，因此其特点也是不同的。本文对高光谱成像仪几种常见分光方式的原理及特点做了介绍。

高光谱成像仪常见分光方式的原理：

1.棱镜分光原理

利用棱镜的色散原理，入射狭缝位于准直系统的前焦面上，入射辐射经准直光学系统准直后，经棱镜色散，再由成像系统将光能按波长顺序成像在探测器的不同位置上。

2.光栅分光原理

衍射光栅上有大量规则配置的等宽、等间隔小狭缝，单个狭缝产生衍射条纹，各狭缝出射的相干波发生干涉，在光栅光谱仪焦面上形成干涉 - 衍射条纹，其极大位置与波长有关，以此实现分光。

3.傅里叶干涉分光原理

利用光谱像元干涉图与光谱图之间的傅里叶变换关系，通过测量干涉图和对干涉图进行傅里叶变换来获得物体的光谱信息。获取光谱像元干涉图的方法有迈克尔逊干涉法、三角共路干涉法和双折射干涉法。

4.滤光片分光原理

通过滤光片对不同波长的光进行选择性透过或反射，从而实现分光。例如滤光片轮高光谱相机通过转动滤光片轮获得不同波段的光谱图像；楔形滤光片型高光谱相机将楔形多层薄膜介质作为滤光片，安装在二维阵列探测器旁，使探测器像元与渐变滤光片的光谱带对应。

高光谱成像仪不同分光方式的特点：

1.棱镜分光特点

光学效率高，技术成熟。但光谱色散是非线性的，会引入额外像差，光谱分辨率低，体积质量相对较大，主要适用于可见光和近红外波段。

2.光栅分光特点

可分为透射型和反射型，以及平面、凹面和凸面光栅等类型。采用凸面光栅和离轴反射系统视场大、光学效率高、像质好，与凹面光栅相比成像平场度更好。在发散光束中使用曲面光栅的分光系统结构简单、体积小、重量轻，光谱范围受光学材料影响小。

3.傅里叶干涉分光特点

具有多通道、高光通量、高输出的优点，光输出通量比其他类型光谱仪大得多，信噪比有一定提高。但内部扫描镜运动精度要求高，机械加工和调装困难，对外界震动敏感，动镜会减少仪器寿命，对平台姿态稳定性要求高。

4.滤光片分光特点

滤光片分光型高光谱相机光路结构简单，谱段更换灵活，随着镀膜技术发展，其光谱分辨率和能量利用率有所提高，且具有大幅宽、高空间分辨率、轻小型的优势，但目前其光谱分辨率一般还无法与高精度的光栅色散分光方式相比。