光栅分光高光谱成像仪的原理及特点解析

高光谱成像仪根据分光方式的不同，可以分为不同的类型，其中光栅分光高光谱成像仪就是其中比较常见的一种。下文对光栅分光高光谱成像仪的原理及特点做了解析。

光栅分光高光谱成像仪的原理解析：

光栅是在一块玻璃或者金属片上刻有大量平行等宽、等距的刻痕或狭缝，狭缝数量很多，作为光谱仪上的分光元件是其最重要的应用。

光栅的分光是根据衍射效应，因为光栅具有很强的色散特点，光经过大量等间隔的狭缝，在每个狭缝处会产生衍射，经过衍射后各缝间又发生干涉的现象，原理图如下图所示。光栅分光的分辨率远远优于棱镜，其光谱分辨率高、光谱范围宽，也可以同时获取到光谱通道，但是它的光学效率不高。

光栅分光高光谱成像仪的特点解析：

光栅分光高光谱成像仪利用衍射光栅作为核心色散元件，将入射的复合光按波长在空间上展开，配合面阵探测器实现“图谱合一”采集：一行探测器记录空间维度信息，另一行记录对应像元的光谱维度信息。其核心特点是光谱分辨率高，可在可见光-近红外（400～1000nm）甚至短波红外（1000～2500nm）范围内获取数百至上千个连续窄波段，每个波段宽度可达5～10nm，能够捕捉物质微弱的特征吸收峰，分辨外观相近但成分不同的材料；同时光栅分光光路的光通量大、光谱范围连续，不依赖切换滤光片，一次扫描即可获得完整光谱立方体。

在工程实现上，光栅分光高光谱仪多采用推扫式成像，需配合载物台或运动平台对样品逐行扫描，无法像面阵相机那样单次快照整幅场景；成像过程中存在谱线弯曲和谱线错位固有畸变，需要在后期做辐射定标与几何校正。与滤光片型多光谱设备相比，它波段更密、光谱分辨能力更强，但数据量呈几何级增长，对算力、存储和传输要求更高，检测速度相对较慢，更适合实验室高精度分析、物料成分鉴别、医疗病理切片等对光谱细节要求高的场景，而非产线高速在线分选。