高光譜成像技術的分光方式有哪些？

高光譜圖像就是在光譜維度上進行瞭細緻的分割，通過高光譜設備獲取到的是一個數據立方，不僅有圖像的信息，還可以獲得任一個譜段的影像信息。那麽，高光譜成像技術的分光方式有哪些呢？本文進行瞭簡單總結。

1. 光栅分光

經典物理學中，光波穿過狹縫、小孔或者圓盤之類的障礙物時，不同波長的光會發生不同程度的彎散傳播，再通過光棚進行衍射分光，形成一條條譜帶。也就是說：空間中的一維信息通過鏡頭和狹縫後，不同波長的光按照不同程度的彎散傳播，這一維圖像上的每個點，再通過光棚進行衍射分光，形成一個譜帶，照射到探測器上，探測器上的每個像素位置和強度表征光譜和強度。一個點對應一個譜段，一條線就對應一個譜面，因此探測器每次成像是空間一條線上的光譜信息，爲瞭(le)獲得空間二維圖像再通過機械推掃，完成整個平面的圖像和光譜數據採(cǎi)集。

2. 聲光可調諧濾波分光

經過狹縫的光由於(yú)不同波長照射到不同的探測(cè)器像元上，光能量很低，因此需要選擇高靈敏相機，同時需要加光源。例如系統如下：

AOTF由聲光介質、換能器和聲終端三部分組成。射頻驅動信号通過換能器在聲光介質内激勵出超聲波。改變(biàn)射頻驅動信号的頻率，可以改變(biàn)AOTF衍射光的波長(zhǎng)，從而實現電調諧波長(zhǎng)的掃描。

最常用的AOTF 晶體材料爲TeO2即非共線晶體，也就是說光波通過晶體之後以不同的出射角傳播。如上圖所示：在晶體前端有一個換能器，作用於(yú)不同的驅動頻率，産生不同頻率的振動即聲波。不同的驅動頻率對應於(yú)不同振動的聲波，聲波通過晶體TeO2之後，使晶體中晶格産生瞭(le)布拉格衍射，晶格更像一種濾波器，使晶體隻能通過一種波長的光。光進入晶體之後發生衍射，産生衍射光和零級光。

AOTF系統組成：

AOTF 系統組成：成像物鏡+準直鏡+偏振片+晶體+偏振片+物鏡+detector，入射光經過物鏡會聚之後進入準平行鏡（把所有的入射光變(biàn)成平行光），準平行光進入偏振片通過同一方向的傳播的光，平行光進入晶體之後，平行於(yú)光軸的光按照原來方向前行，非平行光進行衍射，分成兩束相互垂直o光和e光（入射光的波長不同經過晶體之後的o光與e光的角度也不同，因此在改變(biàn)波長的過程中，圖像會出現漂移）；0光和e光及0級光分别會聚在不同的面上。如圖所示：

爲瞭(le)保證入射光經過準平行鏡之後能夠完全變化成平行光，因此對前端的物鏡視場角有一定的要求，根據晶體的xxx角，可算出物鏡最大的視場角，小於(yú)最大視場角的情況，成像ok，如果大於(yú)視場角，則會造成重影（衍射光與0級光都進入瞭(le) sensor）；實現方法：

不同波長(zhǎng)的光經過晶體之後衍射光與0級光的夾角也不同，因此爲瞭(le)能夠保證更好的成像效果，在晶體的出光口加入遮擋片，即遮擋0級光，避免與衍射光一起進入sensor，造成重影。對聚光準直系統的優化有兩個方面：1提高光源的聚光效果，2減小聚光準直系統的外形尺寸。

3. 棱鏡分光

入射光通過棱鏡後被分成不同的方向，然後照射到不同方向的探測器上進行成像。棱鏡分光後，在棱鏡的出射面鍍瞭(le)不同波段的濾光膜，使得不同方向的探測器可以採(cǎi)集到不同光譜信息，實現同時採(cǎi)集空間及光譜信息。

4. 芯片鍍膜

近年來，IMEC（歐洲微電子研究中心）採(cǎi)用高靈敏CCD芯片及SCMOS芯片研制瞭(le)一種新的高光譜成像技術，在探測器的像元上分别鍍不同波段的濾波膜實現高光譜成像，此技術大大降低的高光譜成像的成本。

目前IMEC提供三種标準的光譜探測(cè)器：100波帶(dài)的線掃描探測(cè)器，32波帶(dài)的瓷磚式鍍膜探測(cè)器，16波帶(dài)以4x4爲一個波段的馬賽克式鍍膜探測(cè)器。

這種光譜技術的優點(diǎn)是可以同時獲得光譜分辨率和空間分辨率，可以進行快速、高性能地獲得光譜信息和空間信息，集成度高，成本低。但是缺點(diǎn)是光譜靈敏度較低，一般大於(yú)10nm，多用於(yú)無人機等大範圍掃描的光譜應用領域。