高光谱成像仪常见的分光方式有哪些？

高光谱成像仪常见的分光方式有哪些？高光谱成像仪根据分光原理的不同，可以分为棱镜分光原理、光栅分光原理、傅里叶变换分光原理和滤光片分光原理等不同的类型。本文对这些类型的原理及特点做了分析。

棱镜分光方式：

棱镜分光方式原理：基于不同波长的光在介质（棱镜材料）中具有不同的折射率。当复色光（包含多种波长的光）进入棱镜时，由于各种波长光的折射角不同，从而使不同波长的光以不同的角度出射，实现光谱的色散。例如，太阳光通过三棱镜后会被分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等多种颜色的光带，这就是棱镜分光的直观表现。在高光谱成像仪中，通过精心设计棱镜的形状和材料，使入射光按照波长顺序在空间上分散开来，然后利用探测器阵列对不同波长的光进行探测，从而获取目标的光谱信息。

棱镜分光方式特点：优点是结构相对简单，成本较低，且能够提供连续的光谱信息。缺点是分光效率相对较低，光谱分辨率有限，且容易产生像差等问题，影响成像质量。

光栅分光方式：

光栅分光方式原理：利用光的衍射原理进行分光。光栅是由一系列等间距的狭缝或刻线组成的光学元件，当光照射到光栅上时，不同波长的光会发生衍射，根据光栅方程，衍射角与光的波长相关，从而使不同波长的光在空间上分开。通过在光栅的后方设置探测器阵列，可以将不同衍射角度（对应不同波长）的光信号转化为电信号，进而得到目标的光谱信息。

光栅分光方式特点：具有较高的分光效率和光谱分辨率，能够覆盖较宽的光谱范围，是目前高光谱成像仪中常用的分光方式之一。但光栅的制造工艺要求较高，成本相对较高，并且在使用过程中可能会出现鬼线等问题，对光谱测量产生干扰。

傅里叶变换分光方式：

傅里叶变换分光原理：基于迈克尔逊干涉仪的原理。通过迈克尔逊干涉仪将入射光分成两束，经过不同的光程后再重新汇合，产生干涉条纹。干涉条纹的强度分布与入射光的光谱分布之间存在傅里叶变换关系。通过对干涉条纹进行采样和傅里叶变换计算，可以反演出入射光的光谱信息。在高光谱成像仪中，通过移动干涉仪中的一个反射镜，改变两束光的光程差，获取不同光程差下的干涉图，然后经过数据处理得到目标的高光谱数据。

傅里叶变换分光特点：优点是可以获得较高的光谱分辨率和信噪比，且在整个光谱范围内具有良好的一致性。同时，它不需要机械狭缝，光通量较高，适用于弱光信号的检测。缺点是数据处理相对复杂，对仪器的稳定性和精度要求较高，且扫描速度相对较慢。

滤光片分光方式：

滤光片分光方式原理：利用不同的滤光片对特定波长或波长范围的光进行选择性透过或反射。滤光片可以根据其工作原理分为吸收型滤光片、干涉型滤光片等。在高光谱成像仪中，通过依次使用不同的滤光片，分别获取目标在不同波长下的图像信息，从而实现光谱的分光和成像。例如，采用一系列中心波长不同的窄带干涉滤光片，按照一定的顺序切换滤光片，就可以逐波段地获取目标的高光谱图像。

滤光片分光方式特点：优点是结构简单，成本较低，且可以快速获取特定波段的光谱信息。缺点是光谱分辨率相对较低，滤光片之间的切换可能会引入时间延迟，影响成像的实时性，并且难以实现连续的宽光谱范围的测量。