高光譜成像儀的成像方式有哪些？

高光譜成像儀的成像方式有哪些？高光譜成像儀按照工作模式劃分，可分為擺掃型成像光譜儀和推掃型成像光譜儀。本文對高光譜成像儀這兩種成像方式的原理做了介紹。

擺掃型成像光譜儀：

擺掃型成像光譜儀采用線陣探測器接收不同波長的電磁波，使用電機驅動旋轉掃描鏡完成地面目標線視場的獲取，依靠飛機平臺的前向位移實現線視場沿飛行方向的擴展。目標場景的復色光經過光柵和棱鏡所組成的色散系統后經過匯聚透鏡匯集在線陣探測器上，最終形成集有地物二維空間信息和一維光譜信息的立方體數據影像，如下圖所示。

擺掃型光譜成像儀的總視場不受探測器尺寸的限制，由光譜相機的機械擺掃結構的行程決定，因此可以獲得比較寬的空間探測范圍。此外，擺掃型光譜相機的成像模式全靠同一個探測元實現，因此擺掃相機在數據反演的過程中僅僅需要針對一列像元進行光譜和輻射標定。也正是因為擺掃成像模式不存在光譜圖像的空間不均勻性和光譜彎曲現象，因此擺掃成像設計也增加了光譜儀數據在實際應用當中的穩定性。其次，擺掃相機線陣探測器的工藝比較成熟，光譜覆蓋范圍可以從可見近紅外一直延伸到熱紅外波長區間。然而，擺掃型成像方式為了兼顧儀器速高比等客觀因素，不得不加快擺掃鏡的轉動速度，進而直接導致了地面探測單元的積分時間縮短，不利于儀器信噪比的提高。

推掃型光譜成像儀：

與擺掃型成像光譜儀不同，推掃型光譜成像儀采用了面陣探測器作為光電轉換器件，對線視場范圍內的目標進行垂直觀測。利用棱鏡和光柵對入瞳的復色光進行色散，并借助相機搭載平臺的前向運動，實現線視場場景的擴展，最終達到構建對地光譜數字影像的目的，推掃型光譜儀的成像原理如下圖所示。

由于推掃型光譜相機不需要通過擺掃結構實現線視場的成像，因此推掃成像方式正好彌補了擺掃型成像儀對地面分辨單元凝視時間短的缺點，使圖像的積分時間增加了1000倍左右。這種技術的進步，極大的提升了光譜相機圖像的信噪比和儀器靈敏度，同時也為更高的光譜和空間分辨率的實現創造了技術條件。此外，面陣探測器的出現，使光譜相機不再需要機械擺掃結構，因此相機的體積可以做的更小，有利于推廣光譜相機在各個領域方面的應用。

然而，推掃型成像方式在保證大進光量的同時，也犧牲掉了儀器的空間覆蓋范圍。推掃型光譜儀器的空間視場角與擺掃型相機相比，僅能夠占到擺掃成像方式的三分之一左右。另外，儀器面陣探測器的諸多像元之間也因為工藝水平的限制，不可能做到響應特性完全互相一致。這不僅給光譜數據的標定引入了巨大的計算量，同時也使得圖像的非均勻性和光譜彎曲現象成為限制相機精度提升的又一大難題。