高光谱成像技术的原理——色散型

高光谱成像数据包括2D空间信息和1D光谱信息根据。根据光谱分光方式的不同，光谱成像技术主要分为色散型、滤光型、干涉型等，成像原理也不一样。本文主要介绍了色散型高光谱成像技术的原理。

1. 棱镜色散型

在棱镜色散型光谱成像仪中，不同波长的光线受到棱镜不同程度的折射而被色散。典型的棱镜色散型光谱成像方式如图9所示，成像物镜将场景的复色光成像到狭缝平面上，透过狭缝的人射光经准直物镜准直后，经过棱镜或光栅的色散由聚焦镜聚焦到焦平面探测器上，最终狭缝按波长成像在焦平面探测器上。

棱镜色散型的技术特点是：①每个瞬态仅能获得狭缝1D的光谱信息，须垂直于狭缝方向进行推扫，以获得场景2D的光谱数据；②棱镜色散后的光谱只有一套零级光谱，相对强度大；③因棱镜材料对不同波长的折射率变化不与波长呈线性关系，因此其谱线排列不均匀，在短波区，谱线排列非常稀疏，而在长波区，谱线排列非常稠密

2. 光栅色散型

光栅色散型光谱仪的原理是：光栅对不同波长的光有不同的衍射角而使光色散，如图10所示。其设计和调试难点在于：光栅有多级次的衍射，正级次光谱和负级次光谱对称分布在零级光谱两侧，零级光谱因波长重合而不能分光，而级次之间存在重叠，为此需要通过前置单色器或滤光片等措施，消除不需要的波长。

与棱镜色散型相比，光栅色散型具有衍射角与光谱波长近似呈正比关系、谱线排列均匀、光谱分辨率较高等技术优势。

棱镜和光栅色散型光谱成像技术出现较早，较为成熟，是目前光谱成像采用最多的技术。棱镜色散型光谱成像仪以棱镜为色散元件，而光栅色散型以光栅为色散元件，