高光譜成像儀作為光學(xué)分析儀器，是將成像技術(shù)與光譜技術(shù)有效結(jié)合，探測目標(biāo)的二維幾何空間及一維光譜信息，獲取高光譜分辨率的連續(xù)、窄波段的圖像數(shù)據(jù)。其根據(jù)工作原理及分光方式的不同，可以分為不同的類型。本文對高光譜成像儀的工作原理及分光方式作了介紹。

高光譜成像儀的工作原理：

光譜成像獲得空間維圖像信息的主要方式包括固體自掃描、擺掃和推掃和三種方式。固體自掃描方式由于需要進(jìn)行波段掃描，導(dǎo)致各波段圖像不是同時(shí)獲取，因此對動(dòng)態(tài)目標(biāo)探測時(shí)后處理較為困難，通常在機(jī)載、星載遙感儀器設(shè)計(jì)中較少采用；擺掃方式雖然能夠有效的擴(kuò)大視場，但是由于像元駐留時(shí)間較短，在空間分辨率和譜段數(shù)較高的情況下很難獲得較高的信噪比。與擺掃式成像光譜儀相比，推帚式成像光譜儀的像元駐留時(shí)間大大增加，此外，由于無需儀器掃描的運(yùn)動(dòng)部件，整體體積較小，更適合空間應(yīng)用。目前，為了增加像元的駐留時(shí)間，高光譜成像儀通常采用推帚式掃描。

典型的推帚式高光譜成像儀的成像原理如上圖所示，系統(tǒng)瞬時(shí)視場內(nèi)的地物經(jīng)物鏡成像于光譜儀的入射狹縫處，通過狹縫后由分光系統(tǒng)分光，最后成像于面陣探測器上。成像系統(tǒng)通過探測器x方向的焦面尺寸覆蓋穿軌方向的一定區(qū)域范圍，通過平臺的運(yùn)動(dòng)完成沿軌方向（y方向）的掃描，最終得到完整的光譜維和空間維結(jié)合的數(shù)據(jù)立方體，如下圖所示。

高光譜成像儀的分光方式：

考慮到推帚式高光譜儀的成像原理和工作特點(diǎn)，為了獲得較高的空間分辨率和光譜分辨率，在分光方式上只能選擇空間掃描型，對狹縫視場內(nèi)的光進(jìn)行分光成像，主要的分光方式包括棱鏡分光、光柵分光和傅里葉分光。

1.棱鏡色散分光

棱鏡分光主要利用棱鏡的色散原理，通常用于棱鏡材料透過率較高的譜段。由于在紅外尤其是中長波紅外譜段通過率較高且適合用來制作棱鏡的材料并不多，所以棱鏡分光主要用于可見光和近紅外波段。棱鏡分光原理如下圖所示。入射狹縫位于準(zhǔn)直系統(tǒng)的前焦面上，入射的輻射經(jīng)準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)準(zhǔn)直后，經(jīng)棱鏡色散后由成像系統(tǒng)將光能按波長順序成像在探測器的不同位置上。棱鏡分光優(yōu)點(diǎn)是光學(xué)效率高，但由于棱鏡對于光譜的色散是非線性的，而且會對光學(xué)系統(tǒng)引入額外的像差

2.光柵衍射分光

衍射光柵是一種光譜分光元件，其上有規(guī)則地配置著大量相等寬度、相等間隔的小狹縫。單個(gè)狹縫引起一個(gè)衍射條紋，并且從各個(gè)狹縫出射的相干波還會發(fā)生干涉，在光柵光譜儀的焦面上形成一種組合的干涉-衍射條紋，條紋極大位置與波長有關(guān)，因而光柵可以作光譜分光系統(tǒng)的衍射分光元件。衍射光柵按工作原理可以分為透射型和反射型，按照面型又可以分為平面、四面和凸面光柵。

3.傅里葉干涉分光

傅里葉變換光譜儀利用光譜像元干涉圖與光譜圖之間的傅里葉變換關(guān)系，通過測量干涉圖和對干涉圖進(jìn)行傅里葉變換來獲得物體的光譜信息。光譜像元干涉圖的獲取方法與技術(shù)是傅里葉變換光譜學(xué)研究的核心問題之一，決定了傅里葉變換光譜儀的使用范圍和能力。目前，遙感成像傅里葉變換光譜學(xué)中，用于獲取地物光譜像元干涉圖的方法主要有三種：邁克爾遜干涉法、三角共路干涉法和雙折射干涉法。