高光譜成像數(shù)據(jù)包括2D空間信息和1D光譜信息根據(jù)。根據(jù)光譜分光方式的不同，光譜成像技術(shù)主要分為色散型、濾光型、干涉型等，成像原理也不一樣。本文主要介紹了干涉型高光譜成像技術(shù)的原理。

?

傅里葉變換干涉型光譜成像技術(shù)是一種間接光譜成像技術(shù)，通過(guò)具有光程差的相干光束形成穩(wěn)定干涉條紋，利用干涉條紋光波能量與復(fù)色光光譜存在的傅里葉變換關(guān)系，實(shí)現(xiàn)窄帶光譜的反演解算。

1.?干涉成像光譜原理

同一單色波長(zhǎng)的光各自形成相干干涉，互不干擾，形成單色光的干涉強(qiáng)度分布

?

式中：△為光程差；v為波數(shù)，v=1/λ；An為振幅；An（v）為復(fù)色光強(qiáng)；l，r分別為分束鏡的透過(guò)率和反射率。

不同波長(zhǎng)的光不滿足干涉條件（光波頻率不同），為非相干疊加，總強(qiáng)度是單色波長(zhǎng)干涉強(qiáng)度的和（積分）。

?

式（8）第一項(xiàng)與光程差△無(wú)關(guān)，代表復(fù)色光干涉總強(qiáng)度的直流成分；式（8）第二項(xiàng)與光程差有關(guān)，代表復(fù)色光干涉總強(qiáng)度的交流成分。實(shí)際處理時(shí)，總強(qiáng)度l（△）可以去除直流成分，單獨(dú)保留交流成分

?

FFT型高光譜成像技術(shù)根據(jù)調(diào)制方式的不同可分為三類(lèi)：一類(lèi)是基于邁克爾遜干涉儀原理的時(shí)間調(diào)制型FFT光譜成像技術(shù)；另一類(lèi)是基于 Sagnac干涉儀原理的空間調(diào)制型FFT光譜成像技術(shù)；第三類(lèi)是時(shí)空混合調(diào)制型FFT光譜成像技術(shù)。

?

2.?時(shí)間調(diào)制型

時(shí)間調(diào)制型干涉原理如圖所示，它以Michelson干涉儀為分光元件，人射光束經(jīng)分束鏡分成兩束：反射光束、透射光束；反射光束經(jīng)靜鏡反射、分束鏡透鏡到達(dá)聚焦鏡；透射光束經(jīng)動(dòng)靜反射、分束鏡反射到達(dá)聚焦鏡；兩束光束徑聚焦透鏡干涉，成像在探測(cè)器上呈干涉條紋。

時(shí)間調(diào)制型FFT光譜成像儀的特征：一次只能獲得2D場(chǎng)景一個(gè)光程差的干涉圖，需要依靠動(dòng)鏡M2的掃描運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生不同光程差的干涉圖，需要一定時(shí)間才能完成序列干涉圖的產(chǎn)生。

優(yōu)點(diǎn)：

①?gòu)睦碚撋现v可以達(dá)到任意的光譜分辨率（只要人射光能量足夠強(qiáng)）、測(cè)量的光譜范圍也非常寬；

②儀器只依賴(lài)于運(yùn)動(dòng)掃描系統(tǒng)，相對(duì)于利用色散掃描的光譜儀來(lái)說(shuō)，其結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單得多。

缺點(diǎn)：

①通過(guò)動(dòng)鏡M2運(yùn)動(dòng)改變透射光束光程，從而改變反射光束與透射光束的光程差，因此需要非常精確的位置掃描；

②當(dāng)需要較高光譜分辨率時(shí)，動(dòng)鏡移動(dòng)量很大，體積比較龐大。

?

3.?空間調(diào)制型

空間調(diào)制型FFT光譜成像儀原理如圖所示，它以分體式 sagnac干涉儀為分光元件，分束鏡45°放置，反射鏡M1、反射鏡M2首先相對(duì)于分束鏡BS布置。當(dāng)反射鏡M1與反射鏡M2對(duì)稱(chēng)時(shí)，透射光束與反射光束沒(méi)有光程差，不會(huì)引起干涉；當(dāng)兩個(gè)反射鏡不對(duì)稱(chēng)時(shí)，如圖中反射鏡M2平行偏移c，可實(shí)現(xiàn)橫向剪切量為d，透射光束與反射光束形成光程差，滿足干涉條件空間調(diào)制型FFT光譜成像儀的特征在于：不同光程差通過(guò)反射鏡的位置空間差的方式一次調(diào)制，一次即可以獲得1D光譜維和1D空間維，由垂直于狹縫方向的1D空間掃描獲得另一維的空間維信息。

優(yōu)點(diǎn)：

①?zèng)]有運(yùn)動(dòng)部件，穩(wěn)定性強(qiáng)；

②可同時(shí)獲得1D狹縫內(nèi)每個(gè)點(diǎn)的干涉圖，因此光譜可實(shí)時(shí)測(cè)量；

③狹縫寬度只決定1D空間分辨率的要求，在滿足空間分辨率的前提下，狹縫寬度可以盡可能的大，從而具有大視場(chǎng)和高通量的優(yōu)勢(shì)。

缺點(diǎn)：

①空間調(diào)制型的光程差不可能很大，難以實(shí)現(xiàn)較高的光譜分辨率；

②存在狹縫，降低了人射輻射通量，降低了系統(tǒng)的信噪比。

?

4.?時(shí)空混合調(diào)制型

時(shí)空混合調(diào)制型FFT光譜成像儀形式上與空間調(diào)制型FFT光譜成像儀類(lèi)似，但光路上沒(méi)有人射狹縫，也沒(méi)有柱面鏡；空間調(diào)制型進(jìn)入橫向剪切分束鏡的光線是透過(guò)1D狹縫的光束，而時(shí)空混合調(diào)制型進(jìn)入分束鏡的是2D場(chǎng)景的平行光

?時(shí)空混合調(diào)制型FFT光譜成像儀原理時(shí)空混合調(diào)制型FFT光譜成像儀的特征在于：光程差由橫向剪切產(chǎn)生，故屬于空間調(diào)制；同一時(shí)刻不同視場(chǎng)角的光程差不同，特定物點(diǎn)的一系列光程差需要在不同時(shí)刻通過(guò)推掃產(chǎn)生，從而最終獲得一副完整的干涉圖，因而具有時(shí)間調(diào)制特點(diǎn)6]。

優(yōu)點(diǎn)：

①原理簡(jiǎn)單、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度降低；

②沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、抗震動(dòng)性和抗沖擊性；

③允許很大的視場(chǎng)，大口徑，在滿足光通量的要求下，可以大大減小儀器的體積、重量。

缺點(diǎn)

具有時(shí)間調(diào)制特征，物點(diǎn)的不同光程差在不同時(shí)刻獲取，故不具有光譜測(cè)量實(shí)時(shí)性。

?