光谱成像技术的分类及干涉型光谱成像仪原理

光谱成像技术根据光谱分辨率、扫描方式及分光方式等的不同，可以分为不同的类型。例如根据分光方式的不同，可以分为色散型、滤光片型、干涉型等。本文对光谱成像技术的分类及干涉型光谱成像仪原理做了介绍。

光谱成像技术的分类：

按照光谱分辨率的不同，光谱成像仪可分为三种类型：多光谱型、高光谱型和超光谱型。多光谱型通常有10～20个谱段，高光谱型约有100～400个谱段，光谱分辨率在10～20nm，个别达到2.5nm左右，超光谱型谱段数在几千，光谱分辨率极高。

按照空间扫描方式又可以把光谱成像仪大致分为三类：挥扫式，使用线阵的光电探测器，对逐个象元逐点成像。探测器的不同像元记录瞬时视场的光谱数据，通过二维光机扫描获得整个空间的图像；推扫式，使用面阵探测器，探测器的一维用于记录光谱信息，另一维用于记录空间的一维信息，再通过推扫获得空间另一维信息；凝视式，用滤光片实现光谱通道的切换，用面阵探测器同时采集二维空间信息。

从分光原理上看，光谱成像仪又可分为色散型、滤光片型、干涉型等。其中基于色散棱镜和衍射光栅的光谱仪发展较早也比较成熟，又以采用光栅最为突出，这类光谱成像仪具有原理简单，性能稳定等诸多优点，但能量利用率低。色散型光谱成像仪的光谱分辨率与狭缝宽度有关，光谱分辨率越高，狭缝越窄，能量越少。因此，对于高空间分辨率的应用要求来说，通常需要采用运动补偿的方式来弥补能量，运动补偿带来系统可靠性降低和推扫视场不连续。

干涉型光谱成像仪原理：

干涉型光谱成像仪主要基于迈克尔逊干涉仪结构，从物平面发出的光束经过透镜准直并分为两束，分别通过一个固定反射镜和一个可移动反射镜反射，并经过第二个透镜聚焦在像平面并发生干涉。在像平面上每一个探测器像所采集的光强都是两束光干涉的结果，改变可移动反射镜的位置就可以对不同波长进行干涉测量，对一系列干涉测量值进行傅里叶变换就得到光谱信息。总的来说，干涉型光谱成像仪构造的是每个像素点干涉光强傅里叶变换和可移动反射镜位置之间的函数关系，因此干涉型光谱成像仪又称傅里叶变换光谱成像仪。傅里叶变换光谱成像系统中没有狭缝，因此相比引入狭缝的传统推扫型光谱成像仪，该系统有更高的信噪比（SNR），常在光强较弱的应用中被使用。但是，由于系统内部需要对可移动反射镜进行移动，所以需要机械移动部件，降低了傅里叶变换光谱成像系统的稳定性，限制了该系统的应用。