高光谱成像仪常见分光方法的原理及特性解析

高光谱成像仪作为光学仪器，主要是利用色散、干涉、衍射等光学效应，将宽波段辐射进行光谱粗分或细分，继而实现多波段辐射测量或光谱测量的专用技术。高光谱成像仪常用的分光方法主要有滤光片分光、棱镜分光、光栅分光等，本文对高光谱成像仪常见分光方法原理及特性做了解析。

滤光片分光法原理及特性：

用于光谱仪分光的滤光片一般是指基于平板上镀制了干涉薄膜的光学元件，根据滤光片的光谱特性和用途，一般可以分为截止滤光片、分束片、带通滤光片等。

截止滤光片是指能将透射光谱分成较低透过率的截止区和高透过率的通带区的滤光片，可分为长波通滤光片和短波通滤光片两类；分束片是指能将斜入射光束分离为反射光束和透射光束的滤光片元件，有中性分束、分色分束等不同类型；带通滤光片是指有高透射带且两边都有较深抑制带的滤光片，包括窄带通滤光片和宽带通滤光片。

分色片主要用于多光谱辐射测量过程中的光谱粗分，而带通滤光片主要用于光谱的细分。利用带通滤光片分光具有分光效率高、使用方便等优点，使用较为广泛。在许多要求对光谱细分的遥感仪器还将不同中心波长的微型窄带滤光片直接覆盖在线列器件的各个探测像元前，以求获得较高的信噪比。

棱镜分光法原理及特性：

棱镜分光主要是利用折射棱镜的色散原理，由于适合用来制作红外色散棱镜的材料并不多，棱镜分光大都用于可见和近红外波段。其原理是一束平行光入射到折射棱镜后，由于棱镜的折射，出射光线将发生偏转，而不同波长的光折射率不同，光线发生了色散，这就是棱镜分光的基本原理。事实上，折射率和波长的关系并非线性的，所以，棱镜色散后谱线间的角距离并不是与波长成正比的，即色散是非线性的。在棱镜色散分光中，紫色部分展开范围比红色部分展开的大得多。

光栅分光法原理及特性：

在经典物理学中，光波穿过狭缝、小孔或者圆盘之类的障碍物时，不同波长的光会发生不同程度的弯散传播，再通过光栅进行衍射分光，形成一条条谱带。光柵分光也就是利用这个原理，空间中的一维信息通过镜头和狭缝后，不同波长的光按照不同程度的弯散传播，这一维图像上的每个点，再通过光栅进行衍射分光，形成一个谱带，照射到探测器上，探测器上的每个像素位置和强度表征光谱和强度。一个点对应一个谱段，一条线就对应一个谱面，因此探测器每次成像是空间一条线上的光谱信息，为了获得空间二维图像再通过机械推扫，完成整个平面的图像和光谱数据采集。

利用光栅分光的光谱排列比较均匀，不同波长区中同样波长差的两根谱线之间的距离变化不太大。光栅光谱的匀排性不但使光谱更加整齐、匀称，而且对定性分析时初步判断、估计谱线的波长值等比较方便。但是光栅存在多级衍射，有时多种谱线会存在重叠，影响谱线的测量。