色散型光譜成像儀利用特定的色散元件，也叫作分光元件，在連續(xù)譜段上得到同一目標(biāo)的直接光譜。一般常見(jiàn)的色散元件包括棱鏡和光柵。棱鏡分光的機(jī)理是基于棱鏡材料的光折射率隨著波長(zhǎng)而變化。本文對(duì)棱鏡色散型光譜成像儀的原理做了介紹。

搖掃式棱鏡色散型光譜成像儀和推掃式棱鏡色散型光譜成像儀的成像原理如下圖所示。此類(lèi)光譜成像儀由七部分組成，分別是指向鏡、望遠(yuǎn)鏡物鏡、狹縫、準(zhǔn)直鏡、棱鏡、成像鏡和探測(cè)器。其中搖掃式是采用機(jī)械掃描反射鏡沿平臺(tái)穿軌跡方向掃描，每個(gè)地面分辨率的輻射依次進(jìn)入光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)，經(jīng)望遠(yuǎn)鏡物鏡后成像于狹縫處，狹縫后的準(zhǔn)直鏡使得通過(guò)狹縫的光平行射向色散元件。棱鏡作為色散元件將像元的輻射按照特定的光譜間隔實(shí)行色散，向不同的角度偏斜，從而使通過(guò)狹縫的光變成扇形單色平行光，成像鏡將它們會(huì)聚于其焦面上的線陣探測(cè)器單元上，形成光譜面。線陣探測(cè)器的元數(shù)，即是像元分光光譜波段的個(gè)數(shù)。提取線陣探測(cè)器的輸出值，即為地面分辨率的光譜信息。結(jié)合平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)和掃描反射鏡的掃描，得到目標(biāo)的兩維空間信息和一維光譜信息。

推掃式與搖掃式不同的是它采用面陣探測(cè)器。因此，在穿軌方向面陣探測(cè)器在光譜方向上一維探測(cè)器元數(shù)，接收相應(yīng)數(shù)目的的一行地面分辯元的輻射，被分光之后在探測(cè)器的空間方向一維單元上。因此，面陣探測(cè)器同時(shí)可以獲得一維光譜信息和一維空間信息，通過(guò)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)獲得另一維空間信息。指向鏡起到擴(kuò)大視場(chǎng)的作用。

表征棱鏡光譜儀基本性質(zhì)的參量有四個(gè)：光譜的波長(zhǎng)范圍、色散、分辨本領(lǐng)和像面照度。

1.棱鏡光譜儀的波長(zhǎng)范圍，取決于光學(xué)系統(tǒng)材料。波長(zhǎng)范圍的確定，取決于遇感傳感器的工作波段要求。

2.棱鏡光譜儀的色散，由線色散表示，即dl/dλ，等于波長(zhǎng)差為單位的兩光譜線在譜面上的間隔。表示為：

式中：α表示棱鏡的折射角；n表示棱鏡介質(zhì)對(duì)于最小偏向角的光線的折射率；dn/dλ表示棱鏡介質(zhì)在該光線所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)附近的色散率；f'表示光譜儀的焦距；表示探測(cè)器對(duì)成像鏡光軸的傾角。

3.棱鏡光譜儀的分辨本領(lǐng)是指分離開(kāi)兩條鄰近譜線的能力，定義為波長(zhǎng)λ與在該波長(zhǎng)附近能被分辨的最小波長(zhǎng)間隔δλ之比，即：

其中t表示棱鏡底邊長(zhǎng)度。

4.光譜儀的像面照度定義如下：

τ表示光譜儀光學(xué)系統(tǒng)的透過(guò)率；B表示窄縫寬度：（D/f’）表示光譜儀成像鏡的相對(duì)孔徑：（D/f’）2稱為光譜儀的集光本領(lǐng)。