高光谱成像仪分光元件之滤光片光谱成像技术

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。本文对滤光片光谱成像技术做了介绍。

滤光片（Filtering）光谱成像技术发展于20世纪60年代，与其他形式光谱仪分光元件相比，滤光片只能透过某一特定波长或者波段的光，其他波长的光吸收或者反射，从而获得特定波长的光谱信息。由于获得的波段数较少，所以常应用于多光谱成像。为了获取较多的光谱，针对不同的世纪要求，结构形式可以采用多相机式、滤光片轮式、可调谐滤光片式、线性渐变滤光片式、楔形滤光片等。

多相机式是由多个相机组成，不同相机的滤光片允许通过不同的波段光束，从而一次成像就能获得特定波段的波谱信息。

滤光片轮式是应用最广的结构形式，如下图所示，在一个相机系统的前面加入滤光片转轮，转轮上面载有不同波段的带通滤光片，转轮以一定的速度转动，设定好曝光时间，就可以得到不同波长的光谱信息。

如下图所示，是线性渐变滤光片（Linear Variable Filter，LVF）的轮式结构，线性渐变滤光片是采用镀膜技术，在基底材料上镀制厚度线性变化的膜层，从而获得接近连续的光谱通道，不同的位置可以透过不同波段的光束。

可调谐滤光片式包括声光可调谐滤光片（AOTF）和液晶可调谐滤光片（LCTF）两种形式，声光可调谐滤光片根据声光调制效应进行分光，主要应用于可见光和近红外波段；液晶可调谐滤光片是根据液晶材料的双折射特性，通过控制电压的大小来影响波长的透过率，选定特定波段的光束通过。液晶材料的折射率受环境温度的影响比较明显，在应用上需要保持设备在恒温的环境中使用，如实验室。二者都是通过直接成像的方式获取目标信息，不需要进行数据处理。

相比较于其他结构形式的分光系统，滤光片结构更加简单紧凑，原理简单，定标方便。缺点是一次成像仅能获得一个波段或者波长的光谱信息，需要在时间上或者空间上通过复杂的结构形式来获取完整的一个波段的光谱信息。