高光谱成像仪的种类及发展趋势探讨

作为一种光谱成像工具——高光谱成像仪，它具有处理，再现和可视化等应用特点，方便人们直观的对图像进行分析。在对光谱图像进行分析处理的同时可以获得光谱信息与图像信息，光谱成像技术因此也是光谱分析与图像分析的有机结合，在目前市场成为更具有优势的技术。本文对高光谱成像仪的种类及发展趋势进行了探讨，感兴趣的朋友可以了解一下！

高光谱成像仪的种类：

由于分光的原理不同，高光谱成像技术可以分为：干涉型、调谐型、棱镜光栅色散型、三维成像型、计算层析型、二元光学元件型、滤光片型光谱技术等。以下主要简单介绍几种成像光谱技术。

1）较早出现的光谱成像技术——棱镜、光栅色散型

经过棱镜和光栅狭缝发生色散后，其入射光在光学系统的前焦面上，其光束由光学系统准直后，在探测器的不同位置上按波长大小顺序成像。

在摆扫型（whiskbroom）和推扫型（pushbroom）的成像光谱仪里，分为线列与面阵的色散类型，其原理如下图所示。

摆扫型光谱仪可以在勘测某一时刻视场内目标点的光谱分布中使用。由线列探测器输出同一空间像元的所有光谱分布。

2）干涉型成像光谱仪——迈克尔逊干涉仪

目前，干涉成像光谱技术在遥感领域中，利用迈克尔逊干涉法、三角共路干涉法、双折射干涉法三种方法来获得像元辐射干涉图。由于迈克尔逊干涉仪应用较为广泛，故作为主要方面介绍。

下图为迈克尔逊干涉仪的原理图，为了使时间序列发生干涉，必须由动镜来机械扫描，由傅立叶变换理论来得出相应物面像元辐射的光谱图像。

3）滤光片型成像光谱仪

由于本文主要研究声光可调滤波器，故将滤光片型的光谱仪进行详细说明。可调谐滤光片型、光楔滤光片型都属于滤光片型成像光谱仪。其中声光可调谐、液晶可调谐、电光可调谐等滤光片都属于可调谐滤光片型中。目前主要使用声光和液晶可调谐，滤光片。其制作构成原理很简单，只需将相机与滤光片的方案相互结合，再加入成像CCD 就可构成完整的装置设备。

其中，液晶调谐类的波长切换时间较长，调制速度较慢，而声光调谐类的成像光谱刚好弥补了这一方面的空缺，其具有良好的光学性能、调制速度较快，但是其声光衰减较低，这是由于其特殊的光学材料所导致，尽管如此，声光品质因数依然较高，在对地物观测时能够获取良好的光谱图片，及信息识别。声光可调滤波器（AOTF）利用反常布拉格调制原理，及电信号驱动频率与衍射光波长之间的调谐关系，即声波的频率由电子信号调节控制，则在可见光波段或者红外波段完成连续的光谱扫描，下图所示为非共线声光可调谐滤光器的晶体与工作原理结构图。

高光谱成像仪的发展趋势：

对未来的发展趋势，高光谱成像技术主要为四个方面来发展：

（1）通过对大量物质光谱特征的获取，建立标准的数据库。

（2）新物质、新技能的发展标志着成像光谱仪的诞生，它轻小性能更好。

（3）大量传感器、存储介质、读出电路等技能的发展，促进超光谱成像技术向更高方向发展。

（4）更高效、快捷处理光谱、图像数据，满足进一步实时处理的需要问。