高光谱成像光谱仪类型

高光谱成像光谱仪类型

高光谱成像光谱仪主要有三种，棱镜分光，光栅分光和傅里叶变换型。

棱镜分光相对光栅分光来说，主要区别在于，1、能量利用率较高，2、光谱维只能校正到近似线性，3、光谱分辨率低，4、体积质量略高。

傅里叶变换分光相对光栅分光来说，1、地面分辨率低，2、定标难度高，3、不能进行实时监测，4、数据量较大

高光谱空间成像的主流成像光谱仪有摆扫式、推扫式、框幅式及窗扫式四种。

摆扫式采用逐像元成像(Band-interleaved-by-pixel/sample,  BIP/BIS)形式的线阵探测器，通过凝视当前场景内单个像元获取该像元所有波段的光谱信息；

推扫式采用逐行成像(Band-interleaved-by-line,  BIL)形式的面阵探测器，完成二维空间中一个列方向上空间像元的所有波段光谱维信息获取，相比摆扫式凝视时间更长，可以有效降低高光谱数据信噪比；

框幅式采用面阵探测器进行逐波段记录(Band  sequential,  BSQ)整个二维空间上所有像元的光谱信息，成像过程中探测器保持不动，并且需要保持平台的稳定性，通常用于固定地物观测；

窗扫型在面阵探测器随平台沿轨道推扫过一个全视场面积同时获得空间维信息及包含的每个像元全波段光谱维信息，无需保持凝视状态即可实现图像信息和光谱信息的结合，得到一景的高光谱图像数据，窗扫型成像光谱仪获取的数据在处理过程中必须先进行数据重构。

光谱成像技术的分类

1、  基于波段数量和光谱分辨率的分类

按照光谱波段的数量和光谱分辨率，光谱成像技术大致可以被分为三类：

①     多光谱成像技术（Multispectral Imaging）：

获得的目标物的波段在3~12之间，具有10~50个光谱通道，光谱分辨率为△λ/λ=0.1，一般在100nm左右，主要用于地带分类等方面。

②     高光谱成像技术（Hyperspectral Imaging）：

获得的目标物的波段在100~200之间，具有50~1000个光谱通道，光谱分辨率为△λ/A=0.01，一般在10nm左右，被广泛用于遥感中。

③     超光谱成像技术（Ultraspectral Imaging）：

获得的目标物的波段在1000~10000之间，具有10~100个光谱通道，光谱分辨率为△λ/λ=0.001，一般在1nm以下，通常用于大气微粒探测等精细探测领域。

2、  基于探测器工作方式的分类

按照光谱图像采集方式的不同，光谱成像技术主要可分为：

①     掸扫式（Whiskbroom）：

掸扫式光谱成像原理

上图说明的是掸扫式线阵遥感成像光谱仪原理。这个仪器的核心部件是排列成线状的光电探测器，它使不同波长的辐射能照射到线阵列的各个探测器件上。因而对于地面瞬时视场内的辐射能，分光后各波长的强度同时记录下来。当传感器平台向前推进时逐个像元逐点成像，这将获得具有多个连续光谱的窄波段的图像。

②     推扫式（Pushbroom）：

推扫式光谱成像原理

推扫式线阵遥感成像光谱仪的工作原理如图上所示。图中的二维面阵列探测器，一维可用作光谱仪，另一维则为一线性阵列，以推扫的方式工作，地面目标的辐射能根据波长分散并聚焦到探测器面阵列上。图像一次建立一行而不需要移动探测器件。像元的摄像时间长，系统的灵敏度和空间分辨率均可以得到提高。

③     凝采式（Staring Imagers）

在这种工作方式中，常常采用单色器或电调谐滤波器实现光谱通道的切换。伴随光谱通道的切换，探测器则采集相应图像，如下图显微光谱成像系统。其中利用CCD摄像器件、图像卡和计算机实现系统的数字化；利用氩灯和单色器进行激发光谱扫描；利用自主开发的系统软件实现系统的操控、荧光光谱图像的采集、处理和分析。

显微光谱成像系统框图