高光譜成像儀主要使用分光器件將入射光不同波長(zhǎng)組分在空間中色散，由此在不同的空間位置獲得不同波長(zhǎng)信息。高光譜成像儀的光譜分辨率主要由入射狹縫，色散系統(tǒng)及探測(cè)器像元尺寸共同決定。根據(jù)色散原理的不同，高光譜成像儀可以分為不同的類型。本文對(duì)高光譜成像儀的分類及原理做了介紹。

棱鏡分光型光譜成像儀：

棱鏡分光型使用分光棱鏡進(jìn)行色散，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其光線色散譜線唯一，相比于其他色散方式光能利用率高，但受到棱鏡材料的限制，很難用于長(zhǎng)波紅外波段，對(duì)復(fù)合光色散非線性，導(dǎo)致單色光間的空間位置及信號(hào)不均勻。

光柵分光型光譜成像儀：

光柵分光型基于衍射原理工作，光柵由大量平行等寬且等間隔的多狹縫或反射鏡刻槽構(gòu)成。衍射光柵的色散原理為單狹縫產(chǎn)生的衍射效應(yīng)與多個(gè)狹縫間的干涉效應(yīng)相結(jié)合，形成色散譜線。然而，衍射光柵的原理決定其在零級(jí)主極大位置上集中大部分光能量，使色散光譜能量較低。隨后出現(xiàn)的閃耀光柵通過使用鋸齒狀光柵刻槽剖面，將光能量分配至所需的級(jí)次上，從而解決了該問題。光柵的主要優(yōu)勢(shì)有：光譜分辨率高、光譜色散線性、譜線彎曲小、結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。不足之處是高階光譜易對(duì)目標(biāo)光譜形成干擾，同時(shí)還分散了入射光的能量。后期研發(fā)出的凹面光柵及凸面光柵，能夠在作為色散器件的同時(shí)改變光路，從而簡(jiǎn)化光譜儀結(jié)構(gòu)，提高了光學(xué)效率及系統(tǒng)可靠性。此類光柵常見于Offner成像系統(tǒng)中，但是也有加工困難、裝調(diào)麻煩、價(jià)格昂貴、需要針對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定制等方面的不足。

濾光片分光型光譜成像儀：

濾光片的基本原理是通過鍍膜等手段選通特定波段光線，反射其他波段光線。基于濾光片的光譜儀主要有旋轉(zhuǎn)濾光片型、楔形濾光片型、可調(diào)諧濾光片型等多種類型。

旋轉(zhuǎn)濾光片型的主要原理是將數(shù)個(gè)透過波段不同的窄帶濾光片安裝于一旋轉(zhuǎn)裝置上，通過旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)變換濾光片的位置，從而采集多個(gè)波段的光譜圖像，構(gòu)成高光譜圖像數(shù)據(jù)。

楔形濾光片型結(jié)構(gòu)可使其在不同的位置可透過的波長(zhǎng)不同。將楔形濾光片用于面陣探測(cè)器，每次探測(cè)獲取目標(biāo)場(chǎng)景整行像元的光譜分布，再經(jīng)過推掃過程就可以獲得目標(biāo)的高光譜圖像信息。

可調(diào)諧濾光片是通過材料物理特性控制不同波段光線透過的光學(xué)元件，根據(jù)使用原理的不同，主要可以分為聲光可調(diào)諧濾光片（AOTF）及液晶可調(diào)諧濾光片（LCTF）。聲光可調(diào)諧濾光片工作原理基于晶體的聲光效應(yīng)。光線通過具有光學(xué)彈性的晶體時(shí)，使晶體發(fā)生高頻振動(dòng)就可以使特定波長(zhǎng)的單色光發(fā)生衍射從而以一定角度透射出晶體。通過控制晶體振動(dòng)頻率，就能夠控制透射單色光的波長(zhǎng)，進(jìn)行光譜掃描。AOTF使用時(shí)控制簡(jiǎn)單、掃描速度快、入射孔徑角大，且無多級(jí)衍射光干擾并降低光能量，是實(shí)際應(yīng)用的成像光譜儀中常用的器件。液晶可調(diào)諧濾光片分光原理基于液晶的場(chǎng)致雙折射效應(yīng)。由于雙折射特性的存在，線偏振光通過液晶時(shí)，光線會(huì)分為兩束，分別沿快軸和慢軸傳播，從而產(chǎn)生光程差。當(dāng)光線光程差非波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，經(jīng)過下一個(gè)偏振片時(shí)就會(huì)產(chǎn)生衰減，只有光程差為整數(shù)倍波長(zhǎng)的光線有較高透射率。因此，通過多個(gè)不同周期的LCTF級(jí)聯(lián)就可以代替窄帶濾光片的作用。LCTF具有不需光譜掃描、視場(chǎng)大、響應(yīng)快、能耗小等優(yōu)點(diǎn)，也獲得了廣泛的應(yīng)用。