高光譜成像光譜儀類型

高光譜成像光譜儀主要有三種，棱鏡分光，光柵分光和傅里葉變換型。

棱鏡分光相對(duì)光柵分光來(lái)說(shuō)，主要區(qū)別在于，1、能量利用率較高，2、光譜維只能校正到近似線性，3、光譜分辨率低，4、體積質(zhì)量略高。

傅里葉變換分光相對(duì)光柵分光來(lái)說(shuō)，1、地面分辨率低，2、定標(biāo)難度高，3、不能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，4、數(shù)據(jù)量較大

高光譜空間成像的主流成像光譜儀有擺掃式、推掃式、框幅式及窗掃式四種。

擺掃式采用逐像元成像(Band-interleaved-by-pixel/sample,  BIP/BIS)形式的線陣探測(cè)器，通過(guò)凝視當(dāng)前場(chǎng)景內(nèi)單個(gè)像元獲取該像元所有波段的光譜信息；

推掃式采用逐行成像(Band-interleaved-by-line,  BIL)形式的面陣探測(cè)器，完成二維空間中一個(gè)列方向上空間像元的所有波段光譜維信息獲取，相比擺掃式凝視時(shí)間更長(zhǎng)，可以有效降低高光譜數(shù)據(jù)信噪比；

框幅式采用面陣探測(cè)器進(jìn)行逐波段記錄(Band  sequential,  BSQ)整個(gè)二維空間上所有像元的光譜信息，成像過(guò)程中探測(cè)器保持不動(dòng)，并且需要保持平臺(tái)的穩(wěn)定性，通常用于固定地物觀測(cè)；

窗掃型在面陣探測(cè)器隨平臺(tái)沿軌道推掃過(guò)一個(gè)全視場(chǎng)面積同時(shí)獲得空間維信息及包含的每個(gè)像元全波段光譜維信息，無(wú)需保持凝視狀態(tài)即可實(shí)現(xiàn)圖像信息和光譜信息的結(jié)合，得到一景的高光譜圖像數(shù)據(jù)，窗掃型成像光譜儀獲取的數(shù)據(jù)在處理過(guò)程中必須先進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu)。

光譜成像技術(shù)的分類

1、  基于波段數(shù)量和光譜分辨率的分類

按照光譜波段的數(shù)量和光譜分辨率，光譜成像技術(shù)大致可以被分為三類：

①     多光譜成像技術(shù)（Multispectral Imaging）：

獲得的目標(biāo)物的波段在3~12之間，具有10~50個(gè)光譜通道，光譜分辨率為△λ/λ=0.1，一般在100nm左右，主要用于地帶分類等方面。

②     高光譜成像技術(shù)（Hyperspectral Imaging）：

獲得的目標(biāo)物的波段在100~200之間，具有50~1000個(gè)光譜通道，光譜分辨率為△λ/A=0.01，一般在10nm左右，被廣泛用于遙感中。

③     超光譜成像技術(shù)（Ultraspectral Imaging）：

獲得的目標(biāo)物的波段在1000~10000之間，具有10~100個(gè)光譜通道，光譜分辨率為△λ/λ=0.001，一般在1nm以下，通常用于大氣微粒探測(cè)等精細(xì)探測(cè)領(lǐng)域。

2、  基于探測(cè)器工作方式的分類

按照光譜圖像采集方式的不同，光譜成像技術(shù)主要可分為：

①     撣掃式（Whiskbroom）：

撣掃式光譜成像原理

上圖說(shuō)明的是撣掃式線陣遙感成像光譜儀原理。這個(gè)儀器的核心部件是排列成線狀的光電探測(cè)器，它使不同波長(zhǎng)的輻射能照射到線陣列的各個(gè)探測(cè)器件上。因而對(duì)于地面瞬時(shí)視場(chǎng)內(nèi)的輻射能，分光后各波長(zhǎng)的強(qiáng)度同時(shí)記錄下來(lái)。當(dāng)傳感器平臺(tái)向前推進(jìn)時(shí)逐個(gè)像元逐點(diǎn)成像，這將獲得具有多個(gè)連續(xù)光譜的窄波段的圖像。

②     推掃式（Pushbroom）：

推掃式光譜成像原理

推掃式線陣遙感成像光譜儀的工作原理如圖上所示。圖中的二維面陣列探測(cè)器，一維可用作光譜儀，另一維則為一線性陣列，以推掃的方式工作，地面目標(biāo)的輻射能根據(jù)波長(zhǎng)分散并聚焦到探測(cè)器面陣列上。圖像一次建立一行而不需要移動(dòng)探測(cè)器件。像元的攝像時(shí)間長(zhǎng)，系統(tǒng)的靈敏度和空間分辨率均可以得到提高。

③     凝采式（Staring Imagers）

在這種工作方式中，常常采用單色器或電調(diào)諧濾波器實(shí)現(xiàn)光譜通道的切換。伴隨光譜通道的切換，探測(cè)器則采集相應(yīng)圖像，如下圖顯微光譜成像系統(tǒng)。其中利用CCD攝像器件、圖像卡和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)字化；利用氬燈和單色器進(jìn)行激發(fā)光譜掃描；利用自主開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的操控、熒光光譜圖像的采集、處理和分析。

顯微光譜成像系統(tǒng)框圖