高光谱成像仪分光元件之傅里叶变换光谱成像技术

高光谱成像中最重要的一个组成部分就是分光元件，负责将光束根据不同波长分成不同的谱段，根据接收到的光谱成像信息，分析得到物体的光谱特性。其根据分光元件的不同可以分为不同的类型，其中比较常见就有色散棱镜型。本文对傅里叶变换光谱成像技术做了介绍。

傅里叶变换光谱成像技术又称为干涉型光谱成像，相对于色散型光谱成像而言，起步较晚。测量原理：第一步获得被测物体的干涉图像信息，第二步对该信息进行处理，运用傅里叶逆变换复原得到被测物体的光谱信息以及空间图像。由于系统分辨率与采样的最大光程差成线性关系，所以可以保持高分辨率的同时保留高光通量。

从获取被测物体干涉图像方法而言，主要有三种：时间调制型、空间调制型和时空混合调制型。时间调制型结构常用的干涉方法如迈克尔逊干涉法，如下图所示，光线从狭缝中出射，经过准直系统后，平行入射到分束器，分束器镀有半反半透膜，一部分光线向上经过固定镜反射到达分束器，另一部分光线穿过分束器到达动镜处，经反射返回分束器；两束光线向下经过会聚透镜在探测器上成像。经过分束器两束光线振幅相等，为相干光束，移动动镜控制光程差，通过动镜的移动来获得时间差异的干涉图像。相比于色散型分光元件而言，傅里叶变换成像光谱仪获得的光通量更大，分辨率更高，但是由于动镜的存在，需要更复杂的机械结构来减小运动部件对整个系统稳定性的影响，整体体型较大，抗震性差。

空间调制型成像光谱仪由于不存在机械运动结构，也被称为静态傅里叶成像光谱仪。常见的形式有三角共路型，如下图所示，该系统不具有机械运动结构，由一个分束器和两个空间不对称的平面反射器组成。光线经过Sagnac横向剪切分束器变成两束光，使得两个不完全对称的平面反射镜产生空间位置不重合的虚拟像点，经过会聚镜成像在探测器上，从而获得空间调制信息的干涉图样。相对于传统色散光谱仪，具有多通道，精度高的优点。

时空混合调制型成像光谱仪又称为大孔径静态干涉光谱成像技术，是20世纪90年代提出的新型成像技术，同时解决了时间调制型抗震性差、稳定性不足和空间调制型光通量不足的问题。首先，时空混合调制成像型光谱仪没有机械运动结构，具有良好的稳定性；其次，采用横向剪切干涉仪作为分光元件，可以将远处的发光物体直接分裂成两个彼此相互错开的波面，在二者重叠部分产生干涉，这样就不受狭缝的限制，整个系统中不存在狭缝。