光譜成像儀有哪類型？光譜成像儀的類型劃分

普通成像儀只是針對單一的波段成像，而光譜成像儀是在更寬的波段范圍內成像，不僅獲得目標的二維空間信息，同時還能獲得目標的光譜信息，形成一個三維數據立方體，完成對目標特性的綜合探測。光譜成像儀可以根據掃描方式、分光方式、光譜分辨率大小分成不同的類型。本文為大家做了相應的介紹。

不同掃描方式的光譜成像儀：

根據掃描方式分類，光譜成像儀的工作方式可以分為揮掃方式、推掃方式、凝視方式三種，如下圖所示。

（1）揮掃方式（擺掃）的成像光譜儀使用線陣探測器來接收目標信息，其原理如上圖所示，通過掃描鏡的左右擺掃可以完成一維的掃描，當光譜儀隨機載平臺移動就可以完成二維的空間掃描，得到帶狀二維空間信息，同時在揮掃中光譜儀可以得到對應線陣探測器的瞬時視場角內的光譜信息，最后經數據處理即可得到目標的三維數據立方體。揮掃方式的優點是其瞬時視場較小，因此系統像質較高，通過揮掃能夠得到較大的總視場。但是儀器中掃描的機械結構復雜，造成儀器體積龐大，又由于光機掃描使每個像元的凝視時間很短，因此很難提高光譜儀的空間和光譜分辨率。

（2）推掃方式（推帚）的成像光譜儀采用面陣探測器來接收目標信息，其原理如上圖所示面陣探測器本身完成了垂直飛行方向的掃描，當光譜儀隨機載平臺移動時會同時得到目標的空間維信息和光譜信息。與前者相比，推掃方式沒有用于掃描的機械結構，體積小、實用性和可靠性較強，適用于棱鏡或光柵分光方式的光譜儀。但光學設計上的困難使得推帚式光譜儀的總視場一般不大，若要增大視場一般需要在光學系統中添加指向鏡或補償鏡，但是這樣又會使系統的復雜度增加。

（3）采用凝視方式的光譜儀同樣采用面陣探測器接收目標信息，原理如上圖所示，光譜儀采用二維視場成像方式，可以同時進行二維掃描，完成對二維目標空間的成像，通過搭載平臺完成沿軌道方向的畫幅式成像。其光譜信息和空間信息不能同時得到，需要通過系統內的濾光片輪、可調諧濾光片或漸變濾光片等進行分光獲取光譜維信息，經過數據處理后才能得到三維數據立方體。凝視方式擺脫了機械掃描結構，使得系統體積大幅減小，但后期的數據處理較為困難。

不同分光方式的光譜成像儀：

根據分光方式光譜儀可以分為棱鏡型、光柵型、干涉型、濾光片型、計算成像型。

（1）棱鏡型分光方式利用的是棱鏡的色散能力來分光。使用棱鏡分光，優點是結構簡單，性能穩定，能量透過率高，雜散光少。缺點是單一材料的棱鏡的色散是不均勻的，光譜的分辨率存在非線性，同時單棱鏡還會帶來譜線彎曲及色畸變。如今使用棱鏡的光譜儀多數采用復合棱鏡或曲面棱鏡來修正色散的非均勻性，如雙阿米西棱鏡、Littrow 棱鏡、阿貝恒偏向棱鏡等。

（2）光柵型分光方式利用的是光柵衍射原理，光束經過光柵后由于衍射和干涉會在像面上形成明暗相間的條紋，這些條紋的極大位置與波長大小相關。使用光柵分光優點是結構簡單、色散線性，并且由于光柵型光譜儀的光譜分辨率與狹縫寬度成反比，因此其光譜分辨率較高。缺點是光柵型光譜儀存在高階譜線，會分散一部分能量還會對工作譜段產生干擾，同時會產生較多的雜散光。為了改進這些缺陷，如今已經開發出了新型的分光光柵如凸面光柵、凹面光柵，可以加強分光效率使結構更加簡化，還有棱鏡-光柵組合元件。

（3）濾光片型分光方式是應用最早的分光方式，根據濾光片只有特定的波段可以通過的原理進行分光。這種分光方式包括多相機式、濾光片輪式、線性漸變濾光片式、楔形濾光片式和可調諧濾光片式等。

（4）干涉型光譜儀利用相干成像先得到目標的干涉圖像，再由此圖像獲得物體上特征點的干涉曲線，最后通過逆傅里葉變換計算出所有特征點的譜段曲線，再加上一個維度的掃描即可得到完整的三維數據立方體。干涉型光譜儀包括時間調制型干涉、空間調制型干涉和時空混合調制型干涉。

（5）計算層析成像型光譜儀通過將目標的三維數據立方體從不同方向投影到二維面陣探測器上，然后將這些投影圖像利用層析算法重構而得到目標的數據立方體，即目標的光譜圖像。計算層析型光譜儀一般采用凝視式工作方式，能夠探測位置和光譜特性不斷變換的目標的光譜信息，但由于CCD探測器和色散元件的制約，此類光譜成像技術的成本過高。

不同分辨率的光譜成像儀：

根據光譜分辨率的高低不同，可以將光譜成像技術分為多光譜、高光譜、超光譜三類。

（1）多光譜成像光譜儀的光譜范圍最寬，光譜分辨率稍低，通常有幾個到十幾個波段，常用來做地物分類，成熟度檢測等。

（2）高光譜成像光譜儀的光譜范圍較窄，光譜分辨率中等，通常有幾十到幾百個波段，常用來做資源勘探、軍事偵察等。

（3）超光譜成像光譜儀的光譜范圍最窄，光譜分辨率較高，通常有幾千個波段，常用來做化學成分檢測。