光譜成像數據的獲取方式有哪些？

光譜成像數據是3D光譜數據立方體，包括2D空間信息和1D光譜信息。那么，光譜成像技術是如何獲取這些數據的呢？本文進行了簡單匯總。

通常來說，3D光譜數據通常有兩種方式：第一種是一次獲得一個窄帶波段內的2D空間信息，如濾光片輪切換方式，聲光、液晶等可調諧濾光成像方式；第二種是一次獲得1D空間信息加1D光譜信息，如帶狹縫的光譜成像方式，常見的有棱鏡光柵色散型光譜成像方式、空間調制型光譜成像方式。根據光譜分光方式的不同，光譜成像技術主要分為色散型、濾光型、干涉型等，這也是光譜成像數據的主要獲取方式。

1.?色散型

棱鏡和光柵色散型光譜成像技術出現較早，較為成熟，是目前光譜成像采用最多的技術。棱鏡色散型光譜成像儀以棱鏡為色散元件，而光柵色散型以光柵為色散元件。

①?棱鏡色散型

在棱鏡色散型光譜成像儀中，不同波長的光線受到棱鏡不同程度的折射而被色散。典型的棱鏡色散型光譜成像方式如圖1所示，成像物鏡將場景的復色光成像到狹縫平面上，透過狹縫的入射光經準直物鏡準直后，經過棱鏡或光柵的色散由聚焦鏡聚焦到焦平面探測器上，最終狹縫按波長成像在焦平面探測器上。

②?光柵色散型

光柵色散型光譜儀的原理是：光柵對不同波長的光有不同的衍射角而使光色散，如圖2所示。與棱鏡色散型相比，光柵色散型具有衍射角與光譜波長近似呈正比關系、譜線排列均勻、光譜分辨率較高等技術優勢。

2.?濾光型

傳統的濾光型光譜成像技術是在寬波段成像光路中，增加帶有窄帶濾光片的切換機構，每次一個窄帶濾光片切入光路，并得到該波段窄帶空間圖像，各個窄帶濾光片先后切入光路，獲得完整的光譜數據立方體，常用于多光譜成像。

①?聲光可調諧濾光型

AOTF有共線型和非共線型（圖3）兩類。在聲光晶體介質中，共線型AOTF入射光、衍射光、聲波的傳播方向相同[]，而非共線性型AOTF入射光、衍射光、聲波的傳播方向不同。與棱鏡、光柵色散型光譜成像技術相比，聲光調制型光譜成像技術特點是：a. 體積小、重量輕、全固態無移動部件；b. 電調諧易于快速實現波長任意切換或連續掃描，時間分辨率高，16000波長點/s；c. 利用反常布拉格衍射，衍射效率高，適用于作為光譜分析儀器。

AOFF實際應用：2003年，ESA發射的火星探測器及2004年“勇氣號”和“機遇號”均采用Brimrose公司的微型AOTF近紅外光譜成像儀。

②?液晶可調諧濾光型

液晶可調諧濾光片LCTF是利用液晶電控雙折射效應制成的新型分光器件。LCTF由多個Lyot波片單元級聯構成，單組Lyot波片如圖4所示，由偏振片、液晶、石英構成相位延遲片。但LCTF采用偏振片進行起偏、檢偏，使得光能利用率低，探測器需采用低照度寬波段探測器，或像增強器，不利于目標探測識別，限制了實際應用。

3.?干涉型

傅里葉變換干涉型光譜成像技術是一種間接光譜成像技術，通過具有光程差的相干光束形成穩定干涉條紋，利用干涉條紋光波能量與復色光光譜存在的傅里葉變換關系，實現窄帶光譜的反演解算。根據調制方式的不同可分為三類：

①?時間調制型（基于邁克爾遜干涉儀原理）

時間調制型干涉原理如圖5所示，它以Michelson干涉儀為分光元件，人射光束經分束鏡分成兩束：反射光束、透射光束；反射光束經靜鏡反射、分束鏡透鏡到達聚焦鏡；透射光束經動靜反射、分束鏡反射到達聚焦鏡；兩束光束徑聚焦透鏡干涉，成像在探測器上呈干涉條紋。

②?空間調制型（基于Sagnac干涉儀原理）

空間調制型FFT光譜成像儀原理如圖14所示，它以分體式sagnac干涉儀為分光元件，分束鏡45°放置，反射鏡M1、反射鏡M2首先相對于分束鏡BS布置。當反射鏡M1與反射鏡M2對稱時，透射光束與反射光束沒有光程差，不會引起干涉；當兩個反射鏡不對稱時，如圖14中反射鏡M2平行偏移c，可實現橫向剪切量為d，透射光束與反射光束形成光程差，滿足干涉條件。

③?時空混合調制型

如圖7所示，時空混合調制型FFT光譜成像儀形式上與空間調制型FFT光譜成像儀類似，但光路上沒有入射狹縫，也沒有柱面鏡；空間調制型進入橫向剪切分束鏡的光線是透過1D狹縫的光束，而時空混合調制型進人分束鏡的是2D場景的平行光。

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