高光譜成像光譜儀也稱高光譜成像儀，其根據(jù)成像系統(tǒng)和分光技術(shù)的不同，可以分為面陣列探測器加空間推掃型、線列探測器加光機(jī)掃描型、光譜空間交叉掃描型和光譜掃描型等四種類型。本文對這四種類型高光譜成像儀的原理及特點(diǎn)做了介紹。
面陣列探測器加空間推掃型光譜儀：
在這類光譜儀中，前光學(xué)系統(tǒng)（反射鏡和物鏡）把一行地物目標(biāo)成像在狹縫上，與狹縫對應(yīng)的探測器陣列自掃描完成一維空間掃描，另一維由運(yùn)載平臺的運(yùn)動完成，即由面陣器件的固體自掃描和飛行平臺向前運(yùn)動完成二維空間掃描。另外，狹縫也是光譜儀的入射狹縫，光譜儀把入射狹縫上的地物像均勻地色散到焦平面探測器上，面陣探測器的另一維完成光譜掃描，即面陣器件的一維完成空間成像，另一維完成光譜的掃描，分光譜器件多數(shù)也是光柵和棱鏡。其工作原理如下圖所示。
這類成像光譜儀的特點(diǎn)是：空間掃描由器件的固體自掃描完成，像元的凝視時(shí)間較長，這樣可以提高系統(tǒng)的靈敏度，或者提高系統(tǒng)的空間分辨率；在可見光波段，由于目前器件很成熟，集成程度也很高，光譜分辨力可以提高到1～2nm的水平；由于沒有光機(jī)掃描機(jī)構(gòu)，儀器的體積可以設(shè)計(jì)很小。
目前在可見光、近紅外波段，此類成像光譜儀很多，有的已經(jīng)達(dá)到商品化水平。其主要不足之處是：紅外波段由于器件的限制，短波紅外靈敏度還不理想，熱紅外暫時(shí)不可能；由于光學(xué)設(shè)計(jì)的困難，總視場一般較小。但是，隨著焦平面器件的進(jìn)一步發(fā)展和成熟，這類成像光譜儀所占的比例將會越來越多。為了克服線列陣型成像光譜儀對像元凝視時(shí)間少，而面陣推帚型成像光譜儀的總視場又不夠大的缺點(diǎn)，有時(shí)采用小面陣并掃型成像光譜儀。
線列探測器加光機(jī)掃描型光譜儀：
面陣推掃式成像光譜儀的前置光學(xué)系統(tǒng)，在紅外波段，對大視場、高像質(zhì)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面非常困難，因此，面陣推掃式成像光譜儀的總視場不可能很大，而線陣探測器加光機(jī)掃描型成像光譜儀則很好地解決了這方面的問題。這類光譜儀由光機(jī)掃描和飛行平臺向前運(yùn)動完成二維空間掃描，其光譜維的掃描由線列陣探測器完成，色散器件一般是由光柵和棱鏡組成，其工作原理如下圖所示。
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這類成像光譜儀的特點(diǎn)是：空間掃描在物方完成，可以得到大的總視場角（90°），像元配準(zhǔn)好，不同波段任何時(shí)候都凝視同一像元；光譜波段覆蓋范圍較全，可以從可見光一直到熱紅外；10～120nm的光譜分辨率的情況下，其輻射靈敏度也基本能滿足要求。目前波段全、實(shí)用性強(qiáng)的成像光譜儀多屬此類。
其不足之處是：由于光機(jī)掃描，每個(gè)像元的凝視時(shí)間相對較短，要進(jìn)一步同時(shí)提高光譜分辨率和輻射靈敏度就比較困難。
光譜空間交叉掃描型光譜儀：
光譜維的掃描由旋轉(zhuǎn)濾光片的轉(zhuǎn)動或用漸變?yōu)V光片完成的成像光譜儀被稱為光譜空間交叉掃描型成像光譜儀。這類儀器的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡單，實(shí)現(xiàn)也相對容易。如漸變?yōu)V光片型成像光譜儀是利用CCD攝像機(jī)的場掃描功能與漸變?yōu)V光片的組合獲得分時(shí)逐行分譜圖像，即一景圖像的每一行分別對應(yīng)不同的地面目標(biāo)和不同的光譜波段。其工作原理如下圖所示：
由于地面上的每一光譜不是同時(shí)記錄的，因而給圖像配準(zhǔn)的數(shù)據(jù)后處理帶米許多困難。
光譜掃描型光譜儀：
這類成像光譜儀的各光譜波段是分時(shí)獲得的，其光譜維的掃描由傅立葉光譜儀或聲光調(diào)制器完成。從理論上說用傅立葉光譜儀的方法，系統(tǒng)的集光能力比色散型的成像光譜儀要高個(gè)數(shù)量級以上，具有高信噪比。這類系統(tǒng)的核心是傅立葉干涉光譜儀的設(shè)計(jì)，極高精度的光學(xué)設(shè)計(jì)和裝配校準(zhǔn)是系統(tǒng)的主要難點(diǎn)。目前，已經(jīng)有一些這樣的成像光譜儀問世，但是性能基本處于實(shí)驗(yàn)階段，離理論值有很大的距離。
