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。

棱鏡分光相對光柵分光來說，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光柵分光來說，1、地面分辨率低，2、定標(biāo)難度高，3、不能進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，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)形式的線陣探測器，通過凝視當(dāng)前場景內(nèi)單個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)形式的面陣探測器，完成二維空間中一個列方向上空間像元的所有波段光譜維信息獲取，相比擺掃式凝視時間更長，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器進(jìn)行逐波段記錄(Band  sequential,  BSQ)整個二維空間上所有像元的光譜信息，成像過程中探測器保持不動，并且需要保持平臺的穩(wěn)定性，通常用于固定地物觀測；

窗掃型在面陣探測器隨平臺沿軌道推掃過一個全視場面積同時獲得空間維信息及包含的每個像元全波段光譜維信息，無需保持凝視狀態(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等精細(xì)探測領(lǐng)域。

2、  基于探測器工作方式的分類

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

上圖說明的是撣掃式線陣遙感成像光譜儀原理。這個儀器的核心部件是排列成線狀的光電探測器，它使不同波長的輻射能照射到線陣列的各個探測器件上。因而對于地面瞬時視場內(nèi)的輻射能，分光后各波長的強(qiáng)度同時記錄下來。當(dāng)傳感器平臺向前推進(jìn)時逐個像元逐點(diǎn)成像，這將獲得具有多個連續(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)波長分散并聚焦到探測器面陣列上。圖像一次建立一行而不需要移動探測器件。像元的攝像時間長，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