高光谱成像仪分光元件之傅里叶变换光谱成像技术
发布时间:2024-10-12
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高光谱成像中最重要的一个组成部分就是分光元件,负责将光束根据不同波长分成不同的谱段,根据接收到的光谱成像信息,分析得到物体的光谱特性。其根据分光元件的不同可以分为不同的类型,其中比较常见就有色散棱镜型。本文对傅里叶变换光谱成像技术做了介绍。
高光谱成像中最重要的一个组成部分就是分光元件,负责将光束根据不同波长分成不同的谱段,根据接收到的光谱成像信息,分析得到物体的光谱特性。其根据分光元件的不同可以分为不同的类型,其中比较常见就有色散棱镜型。本文对傅里叶变换光谱成像技术做了介绍。
傅里叶变换光谱成像技术又称为干涉型光谱成像,相对于色散型光谱成像而言,起步较晚。测量原理:第一步获得被测物体的干涉图像信息,第二步对该信息进行处理,运用傅里叶逆变换复原得到被测物体的光谱信息以及空间图像。由于系统分辨率与采样的最大光程差成线性关系,所以可以保持高分辨率的同时保留高光通量。
从获取被测物体干涉图像方法而言,主要有三种:时间调制型、空间调制型和时空混合调制型。时间调制型结构常用的干涉方法如迈克尔逊干涉法,如下图所示,光线从狭缝中出射,经过准直系统后,平行入射到分束器,分束器镀有半反半透膜,一部分光线向上经过固定镜反射到达分束器,另一部分光线穿过分束器到达动镜处,经反射返回分束器;两束光线向下经过会聚透镜在探测器上成像。经过分束器两束光线振幅相等,为相干光束,移动动镜控制光程差,通过动镜的移动来获得时间差异的干涉图像。相比于色散型分光元件而言,傅里叶变换成像光谱仪获得的光通量更大,分辨率更高,但是由于动镜的存在,需要更复杂的机械结构来减小运动部件对整个系统稳定性的影响,整体体型较大,抗震性差。
空间调制型成像光谱仪由于不存在机械运动结构,也被称为静态傅里叶成像光谱仪。常见的形式有三角共路型,如下图所示,该系统不具有机械运动结构,由一个分束器和两个空间不对称的平面反射器组成。光线经过Sagnac横向剪切分束器变成两束光,使得两个不完全对称的平面反射镜产生空间位置不重合的虚拟像点,经过会聚镜成像在探测器上,从而获得空间调制信息的干涉图样。相对于传统色散光谱仪,具有多通道,精度高的优点。
时空混合调制型成像光谱仪又称为大孔径静态干涉光谱成像技术,是20世纪90年代提出的新型成像技术,同时解决了时间调制型抗震性差、稳定性不足和空间调制型光通量不足的问题。首先,时空混合调制成像型光谱仪没有机械运动结构,具有良好的稳定性;其次,采用横向剪切干涉仪作为分光元件,可以将远处的发光物体直接分裂成两个彼此相互错开的波面,在二者重叠部分产生干涉,这样就不受狭缝的限制,整个系统中不存在狭缝。
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