推帚式超光谱成像仪的光学系统介绍

光谱成像仪根据扫描方式即光谱图像采集方式的不同分类，可分成掸扫式成像光谱仪、推帚式成像光谱仪和凝采式成像光谱仪三种类型。本文对推帚式超光谱成像仪的光学系统做了介绍。

推帚式超光谱成像仪的原理：

推扫式成像光谱仪的成像原理图如上图所示，图中的面阵列探测器是二维的，一维是光谱维，一维是空间维，工作方式为推扫式，在探测过程中，地面待测目标的反射光或者自发辐射光经过色散元件后分散成一段段窄波段并聚焦到面阵排列的探测器上。一次扫描可以获得一个空间方向和光谱方向的二维图像，然后再在飞行方向以一定的速度移动就可以得到完整的三维立体图像。使用推扫式的方法进行成像，摄像时间长，明显提高了该系统的空间分辨率和灵敏度。

推帚式超光谱成像仪的光学系统介绍：

推帚式超光谱成像仪的光学系统包括望远系统和光谱仪光学系统两部分，狭缝将望远系统与光谱仪系统有机结合为一体。望远系统将来自景物的光会聚在光谱仪的入射狭缝上，光通过狭缝后被准直，穿过色散元件，再会聚到阵列探测器上，在狭缝的长度方向上形成空间窄带的像，在狭缝宽度方向上形成窄宽带像元的光谱。

望远系统分为反射式、折射式、折反射式3种。折射式望远系统具有像质好、视场大、角弥散＜25μrad等优点，但是需要采用特殊的玻璃，对于较长的焦距，口径大，应力集中，易碎。折反射式望远系统使用大口径的透镜，受发射应力影响易碎。反射式望远系统可分为同轴和离轴两种。同轴系统结构简单、质量轻，但视场小，更重要的是由于有中心遮拦，能量利用率较低，只能达到75%左右。离轴系统结构复杂、质量重，但能量利用率较高，视场大。离轴系统可分为离轴三反、离轴五反等方式。离轴三反式系统的特点是中等口径，中等视场，杂光抑制能力一般，非球面多；离轴五反式系统的特点是全球面，可以达到优良的像质和远心度，仅有少量高级畸变，可用视场光阑抑制杂光，反射面数略多。

在满足光谱范围、视场和空间分辨率的前提下，需要在能量、体积和质量方面进行工程权衡。目前采用的主要是反射式。离轴三反的反射镜个数少，但非球面加工难度较球面高；离轴五反的反射镜个数多，但全球面，容易加工。这两种方式都是应用较好的方案，近年来随着非球面加工技术的不断发展，离轴三反式的望远系统应用略多。