色散型高光谱成像仪的类型及原理解析

色散型高光谱成像技术利用光栅、棱镜等色散元件将经准直透镜准直后的光线色散成连续分布的单色光，光线经聚焦会聚于探测元件上，最终得到每一个像元的强度。本文对色散型高光谱成像仪的类型及原理做了解析。

色散型高光谱成像仪的类型：

色散型光谱成像仪利用特定的色散元件，也叫作分光元件，在连续谱段上得到同一目标的直接光谱。一般常见的色散元件包括棱镜和光栅。棱镜分光的机理是基于棱镜材料的光折射率随着波长而变化。根据几何光学，入射光线和经过棱镜的出射光线之间的夹角称为偏向角。下图为棱镜对单色光的折射原理图，其中i₁表示入射角，i₂表示出射角，θ表示偏向角。

光栅分光是基于光栅每个缝对光线的衍射和缝间的干涉所产生。下图表示闪耀光栅对单色光的反射原理，其中i₁表示入射角，i₂表示出射角，b表示光栅常数。

色散型高光谱成像仪的原理：

1.棱镜色散型光谱成像仪

摇扫式棱镜色散型光谱成像仪和推扫式棱镜色散型光谱成像仪一般七部分组成，分别是指向镜、望远镜物镜、狭缝、准直镜、棱镜、成像镜和探测器。其中摇扫式是采用机械扫描反射镜沿平台穿轨迹方向扫描，每个地面分辨率的辐射依次进入光谱仪的光学系统，经望远镜物镜后成像于狭缝处，狭缝后的准直镜使得通过狭缝的光平行射向色散元件。棱镜作为色散元件将像元的辐射按照特定的光谱间隔实行色散，向不同的角度偏斜，从而使通过狭缝的光变成扇形单色平行光，成像镜将它们会聚于其焦面上的线阵探测器单元上，形成光谱面。线阵探测器的元数，即是像元分光光谱波段的个数。提取线阵探测器的输出值，即为地面分辨率的光谱信息。结合平台的运动和扫描反射镜的扫描，得到目标的两维空间信息和一维光谱信息。

推扫式与摇扫式不同的是它采用面阵探测器。因此，在穿轨方向面阵探测器在光谱方向上一维探测器元数，接收相应数目的的一行地面分辩元的辐射，被分光之后在探测器的空间方向一维单元上。因此，面阵探测器同时可以获得一维光谱信息和一维空间信息，通过平台的运动获得另一维空间信息。指向镜起到扩大视场的作用。表征棱镜光谱仪基本性质的参量有四个：光谱的波长范围、色散、分辨本领和像面照度。

2.光栅色散型光谱成像仪

光栅色散型光谱成像仪的光学结构和棱镜色散型光谱成像仪类似，只不过色散元件是衍射光栅。此类光谱成像仪由部分组成，分别是指向镜、望远镜物镜、狭缝、准直镜、光栅、成像镜和探测器。光栅光谱仪的基本参数是：波长范围、色散、分辨本领和自由光谱范围。