高光譜成像儀也稱成像光譜儀，其根據(jù)成像原理和工作特點(diǎn)的不同，其分光方式包括棱鏡分光、光柵分光和傅里葉分光。本文對(duì)高光譜成像儀幾種常見(jiàn)的分光方式及不同分光方式的特點(diǎn)做了介紹。

棱鏡色散分光：

棱鏡分光主要利用棱鏡的色散原理，通常用于棱鏡材料透過(guò)率較高的譜段。由于在紅外尤其是中長(zhǎng)波紅外譜段通過(guò)率較高且適合用來(lái)制作棱鏡的材料并不多，所以棱鏡分光主要用于可見(jiàn)光和近紅外波段。

棱鏡分光技術(shù)出現(xiàn)較早，技術(shù)較為成熟，原理圖如下圖所示示。入射狹縫位于準(zhǔn)直系統(tǒng)的前焦面上，入射的輻射經(jīng)準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)準(zhǔn)直后，經(jīng)棱鏡色散后由成像系統(tǒng)將光能按波長(zhǎng)順序成像在探測(cè)器的不同位置上。棱鏡分光優(yōu)點(diǎn)是光學(xué)效率，高，但由于棱鏡對(duì)于光譜的色散是非線性的，而且會(huì)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)引入額外的像差。

光柵衍射分光：

衍射光柵是一種光譜分光元件，其上有規(guī)則地配置著大量相等寬度、相等間隔的小狹縫。單個(gè)狹縫引起一個(gè)衍射條紋，并且從各個(gè)狹縫出射的相干波還會(huì)發(fā)生干涉，在光柵光譜儀的焦面上形成一種組合的干涉-衍射條紋，條紋極大位置與波長(zhǎng)有關(guān)，因而光柵可以作光譜分光系統(tǒng)的衍射分光元件。衍射光柵按工作原理可以分為透射型和反射型，按照面型又可以分為平面、凹面和凸面光柵。

在準(zhǔn)直光束中使用衍射光柵的成像光譜儀技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，而衍射光柵同時(shí)也可以在發(fā)散光束中使用來(lái)達(dá)到分光目的。在這種方法中，從狹縫入射的光不需準(zhǔn)直系統(tǒng)準(zhǔn)直而直接入射到衍射光柵上，經(jīng)光柵衍射后可得到目標(biāo)狹縫的虛像，成像系統(tǒng)將狹縫按波長(zhǎng)成像在面陣探測(cè)器的不同位置處。下圖是凸面光柵分光系統(tǒng)。采用凸面光柵和離軸反射系統(tǒng)具有視場(chǎng)大、光學(xué)效率高、像質(zhì)好的優(yōu)勢(shì)，與凹面光柵相比，它具有更好的成像平場(chǎng)度。

與準(zhǔn)直光束色散系統(tǒng)相比，在發(fā)散光束中使用曲面光柵的分光系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、光學(xué)效率高、光譜范圍受光學(xué)材料影響小，而且可以通過(guò)選擇光柵常數(shù)和成像系統(tǒng)的變焦來(lái)滿足空間和光譜分辨率的要求，并且可以克服準(zhǔn)直光束應(yīng)用方法中像面彎曲的問(wèn)題。

傅里葉干涉分光：

傅里葉變換光譜儀利用光譜像元干涉圖與光譜圖之間的傅里葉變換關(guān)系，通過(guò)測(cè)量干涉圖和對(duì)干涉圖進(jìn)行傅里葉變換來(lái)獲得物體的光譜信息。光譜像元干涉圖的獲取方法與技術(shù)是傅里葉變換光譜學(xué)研究的核心問(wèn)題之一，決定了傅里葉變換光譜儀的使用范圍和能力。目前，遙感成像傅里葉變換光譜學(xué)中，用于獲取地物光譜像元干涉圖的方法主要有三種：邁克爾遜干涉法、三角共路干涉法和雙折射干涉法。邁克爾遜干涉法是建立在具有一個(gè)不動(dòng)鏡和一個(gè)動(dòng)鏡的邁克爾遜干涉儀基礎(chǔ)上，它可實(shí)現(xiàn)相當(dāng)高精度的光譜測(cè)量，但對(duì)擾動(dòng)比較敏感，對(duì)機(jī)械掃描精度要求也高，因此儀器結(jié)構(gòu)龐大、成本高。

傅里葉干涉分光具有多通道，高光通量，高輸出的優(yōu)點(diǎn)，在同等情況下傅立葉變換光譜儀的光輸出通量要比其他類型的光譜儀大得多。雖然傅立葉光譜儀的信噪比比常規(guī)光譜儀有一定提高，但也存在著許多缺點(diǎn)，如：a）內(nèi)部掃描鏡的運(yùn)動(dòng)需要較高的精度，機(jī)械加工和調(diào)裝比較困難，對(duì)外界的震動(dòng)敏感運(yùn)動(dòng)器件的存在會(huì)顯著的減少儀器的壽命。b）即使是不存在內(nèi)部掃描鏡的靜態(tài)傅立葉光譜儀，存在著對(duì)平臺(tái)的姿態(tài)穩(wěn)定性要求高。