高光譜成像儀主要使用分光器件將入射光不同波長組分在空間中色散，由此在不同的空間位置獲得不同波長信息。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行色散，結(jié)構(gòu)簡單，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，很難用于長波紅外波段，對復(fù)合光色散非線性，導(dǎo)致單色光間的空間位置及信號不均勻。

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次上，從而解決了該問題。光柵的主要優(yōu)勢有：光譜分辨率高、光譜色散線性、譜線彎曲小、結(jié)構(gòu)比較簡單。不足之處是高階光譜易對目標光譜形成干擾，同時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改變光路，從而簡化光譜儀結(jié)構(gòu)，提高了光學效率及系統(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、價格昂貴、需要針對系統(tǒng)進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不同。將楔形濾光片用于面陣探測器，每次探測獲取目標場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)。光線通過具有光學彈性的晶體時，使晶體發(fā)生高頻振動就可以使特定波長的單色光發(fā)生衍射從而以一定角度透射出晶體。通過控制晶體振動頻率，就能夠控制透射單色光的波長，進行光譜掃描。AOTF使用時控制簡單、掃描速度快、入射孔徑角大，且無多級衍射光干擾并降低光能量，是實際應(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，光線會分為兩束，分別沿快軸和慢軸傳播，從而產(chǎn)生光程差。當光線光程差非波長的整數(shù)倍時，經(jīng)過下一個偏振片時就會產(chǎn)生衰減，只有光程差為整數(shù)倍波長的光線有較高透射率。因此，通過多個不同周期的LCTF級聯(lián)就可以代替窄帶濾光片的作用。LCTF具有不需光譜掃描、視場大、響應(yīng)快、能耗小等優(yōu)點，也獲得了廣泛的應(yīng)用。