光谱成像技术的获取方式有哪些？

高光谱成像

典型情况下，3D光谱数据有两种获取方式。第一种是利用可调谐滤光成像方式（如：滤光片轮切换、声光、液晶等），单次获取一个窄带波段内的2D空间信息。第二种是利用带有狭缝的光谱成像方式，单次获取1D的空间信息和1D的光谱信息，如：棱镜光栅色散型光谱成像方式和空间调制型光谱成像方式等。光谱成像技术根据光谱分光方式的不同，主要分为色散型、滤光型和干涉型等，这也是光谱成像数据的主要获取方式。

1. 色散型

   棱镜和光栅色散型光谱成像技术是光谱成像中使用最普遍的技术，也是最早出现并发展成熟的技术。棱镜色散型光谱成像仪使用棱镜作为色散元件，而光栅色散型光谱成像仪则使用光栅作为色散元件。
   

色散副本一棱镜

①棱镜可分散光谱特性

在棱镜色散型光谱成像仪中，不同波长的光线会因为棱镜的折射而发生不同程度的色散。一个典型的棱镜色散型光谱成像方式如图1所示。在这个方式中，成像物镜会将场景的复色光成像到一个狭缝平面上。入射光经过狭缝后会被准直物镜准直，然后经过棱镜或光栅的色散，并通过聚焦镜聚焦在焦平面探测器上。最终，不同波长的光线会在焦平面探测器上按照波长的顺序被成像。

② 光栅色散型

光栅色散型是一种光学元件，使用光栅结构来实现色散效果。

光栅色散型光谱仪的工作原理是这样的：光栅可以使不同波长的光发生不同的衍射，从而使光发生色散。就像图2所示的那样。与棱镜色散型光谱仪相比，光栅色散型光谱仪具有一些技术上的优势，比如衍射角与光谱波长近似正相关、光谱线排列均匀、光谱分辨率较高等。

2.滤光型

传统的光谱成像技术采用宽波段成像光路，通过添加带有窄带滤光片的切换机构，每次切入一个窄带滤光片并记录该波段窄带的空间图像。在不断切换不同窄带滤光片的过程中，获取完整的光谱数据立方体，这种方法通常用于多光谱成像。

非共线型光滤器的三个副本

①声光可调谐滤光型

声光调制型光谱成像技术有两种类型：共线型和非共线型（图3）。在声光晶体介质中，共线型AOTF的入射光、衍射光和声波的传播方向相同，而非共线型AOTF的入射光、衍射光和声波的传播方向不同。与棱镜和光栅色散型光谱成像技术相比，声光调制型光谱成像技术有以下特点：

a.体积小、重量轻、全固态无移动部件；

b.电调谐能够快速实现波长任意切换或连续扫描，时间分辨率高，可达到16000个波长点每秒；

c.利用反常布拉格衍射，衍射效率高，适用于光谱分析仪器。

AOFF的实际应用：在2003年，欧洲航天局发射的火星探测器以及2004年的“勇气号”和“机遇号”都使用了Brimrose公司生产的微型AOTF近红外光谱成像仪。

四液晶可调谐滤光器

②液晶可调谐滤光型

液晶可调谐滤光片LCTF是一种利用液晶电控双折射效应制造的新型光谱分离器件。LCTF由多个Lyot波片单元级联而成，其中单个Lyot波片如图4所示，由偏振片、液晶和石英构成相位延迟器。然而，LCTF使用偏振片进行起偏和检偏，导致光的利用效率较低。为了解决这个问题，探测器需要使用低照度宽波段的探测器，如增强器，这对于目标探测和识别并不理想，从而限制了实际应用的范围。

干涉型

傅里叶变换干涉型光谱成像技术是一种间接的光谱成像技术。它通过使用具有不同光程差的相干光束来创建稳定的干涉条纹。通过分析干涉条纹的光波能量和复色光光谱之间的傅里叶变换关系，可以实现窄带光谱的反演解算。根据调制方式的不同，这种技术可以分为三类：

五时调制型_备份

①基于迈克尔逊干涉仪原理的时间调制型设备

时间调制型干涉的原理如图5所示。它利用Michelson干涉仪作为光学分光元件。入射光经过分束镜分成两束：反射光和透射光。反射光经过静镜反射后，经过分束镜和透镜到达聚焦镜。透射光经过动静反射后，经过分束镜反射，也到达聚焦镜。两束光经过聚焦透镜后发生干涉，干涉模式成像在探测器上，呈现出干涉条纹的形式。

调制型副本六空间

②空间调制型（基于萨格纳干涉仪原理）

空间调制型FFT光谱成像仪的工作原理如图14所示。该仪器采用分体式sagnac干涉仪作为分光元件。分束镜以45°的角度放置，反射镜M1和M2相对于分束镜BS进行布置。当M1和M2对称排列时，透射光束和反射光束之间没有光程差，因此不会产生干涉现象。当M1和M2不对称排列时，例如图14中M2向平行方向偏移了c，这样就能够实现横向剪切量d。透射光束和反射光束之间产生光程差，满足干涉条件。

七时空混合调制型_副本的含义是：这个副本是“七时空混合调制型”的一个版本。

③ 时空混合调制型

时空混合调制型是一种混合了时域和频域的调制方式。

根据图7所示，时空混合调制型FFT光谱成像仪在形式上与空间调制型FFT光谱成像仪相似。然而，光路中没有入射狭缝和柱面镜。在空间调制型中，光线通过1D狭缝进入横向剪切分束镜。而在时空混合调制型中，进入分束镜的是2D场景的平行光。