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高光谱成像技术科普之高光谱成像仪的分类

时间:2023-12-12 点击:172次

高光谱成像仪作为精密的光学仪器,主要用于获取样本的三维信息,即光谱信息和图像信息,对样本进行定性与定量的分析。其根据光谱分辨率、分光原理及扫描方式等的不同,可以划分成不同的类型。本文对高光谱成像仪的类型做了介绍,对此感兴趣的朋友可以了解一下!

高光谱成像仪

按照光谱分辨率划分:

按照光谱分辨率来划分,光谱成像仪可以划分为三类:

1.多光谱成像仪(Multispectral Imager,MSI)

获取的图像数据只有几个或几十个谱段,光谱分辨率一般为100nm左右。多光谱成像仪我们通常称之为多光谱相机,目前这类仪器已经在遥感得到广泛应用。

2.高光谱成像仪(Hyperspeotral Imager,HSI)

获取的图像数据具有一百至几百个谱段,光谱分辨率一般为10nm左右。此类仪器在20世纪80年代开始应用于遥感领域,并取得巨大的成功,我们通常称此时期为高光谱遥感的兴起时期。

3.超光谱成像仪(Ultraspectral Imager,USI)

获取的图像数据通常超过1000个谱段,光谱分辨率一般在1nm以下。这类仪器通常用于大气探测等精细光谱探测方面,比较典型的有美国NASA研制的地球同步成像傅立叶变换光谱仪(GIFTS)。


按照分光原理划分:

按照分光原理来划分,光谱成像仪可分为四类:

1.棱镜色散型光谱成像仪

主要是利用色散棱镜来获取目标的光谱,如欧空局的机载成像光谱仪(APEX)以及美国海军实验室研制的高光谱数字图像收集仪(HYDICE),都属于棱镜色散类型光谱成像仪。

2.光栅衍射型光谱成像仪

依靠光栅衍射获取目标的光谱,由美国NASA研制的光栅成像光谱仪(Hyperion)以及中分辨率成像光谱仪(MODIS),是光栅衍射型光谱成像仪的典型代表。

3.滤光片型光谱成像仪

其分光元件为滤光片,有多种形式,如线性可变滤光片、液晶可调谐滤光片以及楔形滤光片等。

4.干涉(也称傅立叶变换)型光谱成像仪

属于一种间接成像仪器,利用光的干涉原理以及特定的数据处理方法,获得目标的光谱,仪器在原理上具有高通量及高光谱分辨率的优点。干涉型光谱成像仪通常可分为时间调制与空间调制两种类型。对于时间调制型干涉光谱成像仪来说,在光谱采集过程中需要一套精密的动镜系统,系统的稳定性很难保证;而空间调制型干涉光谱成像仪的光路中设有狭缝,这样就限制了仪器的能量利用率。


按照扫描方式划分:

按照扫描方式来划分,光谱成像仪可以分为三类:

1.挥扫式(Whiskbroom)光谱成像仪

挥扫式光谱成像仪主要是利用扫描镜,将空间信息按照一定的顺序扫描输入,再由光谱仪对所取得的各点进行光谱分光,早期的光谱成像仪(如AVIRIS)基本上都属于挥扫式。

2.推扫式(Pushbroom)光谱成像仪

推扫式光谱成像仪主要是利用线型扫描器的理念,将扫描成像于光谱仪的狭缝上,再由光谱仪成像于面阵探测器上,一维为光谱维,一维为空间维,目前的星载光谱成像仪(如Hyperion)多属于此类仪器。

3.凝视(Staring)光谱成像仪

凝视型光谱成像仪主要是将一维光谱及一维空间(两维)的另外一维空间获取变换为两维空间的光谱维获取。通常采用液晶可调谐滤光片或其它手段,获得二维目标的光谱信息,如时间调制型干涉光谱成像仪就属于凝视型光谱成像仪。

按照重构和调制方式划分:

除此之外,还可以按照数据重构理论以及调制方式等方面来进行划分,按照数据重构理论来划分,可以分为直接型光谱成像仪、傅立叶变换型光谱成像仪以及计算层析型光谱成像仪;按照调制方式来划分,可以分为时间调制型光谱成像仪、空间调制型光谱成像仪。

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