成像光谱仪有哪些类型？成像光谱仪分类

成像光谱仪有哪些类型？成像光谱仪根据光电探测器的类型和扫描成像的方式，成像光谱仪大致可以分为两类：一类是光机扫描式，另一类是推帚式。本文对光机扫描式和推帚式成像光谱仪的原理和特点做了介绍。

成像光谱仪主要由两个部分构成：成像部分和光谱分光部分。成像部分负责对采集目标进行扫描成像，光谱分光部分负责将辐射的光谱波段划分为更窄的波段。通常，成像光谱仪的系统瞬时视场为0.1mrad或毫弧度量级，然而检测要求的总视场需要达到几度甚至几十度，为了扩大采集覆盖的视场，通过扫描成像来实现。根据光电探测器的类型和扫描成像的方式，成像光谱仪大致可以分为两类：一类是光机扫描式，其扫描成像方式是机械扫描成像，其光电探测器类型是线阵列探测器；另一类是推帚式，其扫描成像方式是推扫式成像，其光电探测器为大型面阵列探测器。

光机扫描式成像光谱仪：

机械扫描成像和分光探测是光机扫描式成像光谱仪的两大部分。在平台飞行中，光学-机械（光机扫描）机构按穿轨的方向进行行扫描。分光探测部分接受每个地面分辨元的辐射信息，其过程大致如下：像元辐射被分光器件按特定的光谱区间进行色散，然后分别落到线阵列探测器的光敏元件上。线阵列探测器的个数决定了成像光谱仪光谱波段的个数。每个线阵列探测器输出特定波段的采集目标的图像。如果线阵列探测器的光谱元件是方形的，则行扫描时间T是地面瞬时视场和飞行平台轨道方向上的速度之比。

光机扫描又分为两种类型：物面扫描和像面扫描。物面扫描是指在小视场的物镜前的光路上添加扫描器件，使得物镜瞬时视场扫描物体的不同部分，从而获得较大的空间覆盖面积。其优点是：由于成像光谱仪的物镜视场小，容易获得高品质的图像。其缺点是：通常物镜的口径比较大，如果需要实现大范围的扫描，尤其是二维面的扫描，则导致相应的机械装置笨重复杂。像面扫描是指在一个大视场物镜后的会聚光路上添加扫描器件，线性阵列探测器在一瞬间只能覆盖到物镜光学视场的一小部分，即相当于瞬时视场，此时需要通过二维扫描方式去完成一帧图像的完整采集。

推帚式成像光谱仪：

随着检测要求的不断提到，对于成像光谱仪的空间分辨率和光谱分辨率要求越来越高，光机扫描成像方式已经不能带来技术上的突破了，然而面阵探测器CCD的出现和应用使得提高成像光谱仪的空间分辨率和光谱分辨率成为可能。推帚式成像光谱仪工作时，飞行平台的运动和面阵列探测器的扫描完成二维空间的扫描，即有面阵列探测器的一维完成空间的扫描，而另一维完成光谱维度的扫描。其过程是：在飞行平台移动的方向上，面阵列探测器上行探测器单元接受地面分辨元的辐射，经过探测器件的固体自扫描（内部的电子学扫描），得到该行的图像信息。地面分辨元的辐射经过色散（分光）之后沿着焦平面的列方向展开，落到面阵列探测器列方向上的一维探测器的光敏元件之上。每个像元中，不同的光谱波段按照特定的光谱顺序和宽度在列方向上展开。例如，一台采用mxn元面阵列探测器的成像光谱仪，在行方向上的探测器单元数为m，即地面图像一行的像元数目，在行方向上的探测器单元数为n，即经过分光器件分光的波段数目。