高光譜成像儀的掃描技術和分光技術介紹
發(fā)布時間:2024-10-18
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高光譜成像光譜儀一般包括物鏡、狹縫、準直透鏡、分光模塊、會聚鏡和探測器,狹縫決定光譜儀的視場,通過準直鏡到達分光模塊,不同波長的光被分光模塊分離,經(jīng)過會聚鏡聚集到探測器上。本文對高光譜成像儀?的掃描技術和分光技術做了介紹。
高光譜成像光譜儀一般包括物鏡、狹縫、準直透鏡、分光模塊、會聚鏡和探測器,狹縫決定光譜儀的視場,通過準直鏡到達分光模塊,不同波長的光被分光模塊分離,經(jīng)過會聚鏡聚集到探測器上。本文對高光譜成像儀的掃描技術和分光技術做了介紹。
高光譜成像儀的掃描技術:
對于高光譜成像光譜儀來說,根據(jù)不同的工作模式,可以將其掃描技術分為點掃式高光譜成像、推掃式高光譜成像和凝視型高光譜成像。
點掃描式高光譜顯微成像是對逐個像素點掃描成像,通過機械模塊收集每個點的能量,經(jīng)過色散模塊進行分光,產生不同波長的輻射能量,再由線陣探測器接收。點掃式光譜成像可以獲得較大的視場范圍,數(shù)據(jù)穩(wěn)定,但成像時間長。
推掃式高光譜顯微成像中的探測器是面陣探測器,探測器接收的圖像是二維數(shù)據(jù),包括光譜信息和空間信息。像成像在狹縫處,狹縫透過一個成像行,該成像行的光經(jīng)過分光元件后,光譜維展開并聚焦在探測器上,通過對二維運動平臺的移動來記錄空間維,線掃成面,完成圖像的采集。推掃式高光譜成像結構簡單,不需要復雜的掃描模塊,體積小,重量輕。
凝視型高光譜成像的探測器也是面陣探測器,結構緊湊,在凝視型高光譜成像系統(tǒng)中,分光元件有可調諧濾波片分光和干涉型分光,需要通過一定時間的掃描獲得完整的圖像。系統(tǒng)中沒有運動部件,但是對平臺的穩(wěn)定性要求較高,另外,因為進行波段的掃描,所以光譜信息不可以同時獲取。
高光譜成像儀的分光技術:
根據(jù)以色散分光進行光譜測量區(qū)分,高光譜成像光譜儀的分光方法包括棱鏡分光、光柵分光、棱鏡-光柵-棱鏡(PGP)分光。
1.棱鏡分光
光的色散是指當光在介質中傳播時,折射率隨著光的波長的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。棱鏡分光的原理便是利用了這一特性,在同一種介質中,不同波長的光有不同的折射率,因此,不同波長的單色光從一個角度進入棱鏡時,會發(fā)生不同角度的偏移,即經(jīng)過棱鏡后,會看到各種不同顏色的光。棱鏡分光原理如下圖所示,光首先通過狹縫,經(jīng)過準直鏡準直為平行光,平行光經(jīng)過棱鏡分解成各種顏色,通過會聚鏡按波長的順序匯聚到探測器的不同位置。棱鏡分光的光譜分辨率較高、光學效率高、系統(tǒng)不復雜,但是它的光譜范圍窄、系統(tǒng)的緊湊性不高、光譜的色散是非線性的。
2.光柵分光
光柵是在一塊玻璃或者金屬片上刻有大量平行等寬、等距的刻痕或狹縫,狹縫數(shù)量很多,作為光譜儀上的分光元件是其最重要的應用。
光柵的分光是根據(jù)衍射效應,因為光柵具有很強的色散特點,光經(jīng)過大量等間隔的狹縫,在每個狹縫處會產生衍射,經(jīng)過衍射后各縫間又發(fā)生干涉的現(xiàn)象,原理圖如下圖所示。光柵分光的分辨率遠遠優(yōu)于棱鏡,其光譜分辨率高、光譜范圍寬,也可以同時獲取到光譜通道,但是它的光學效率不高。
3.棱鏡-光柵-棱鏡(PGP)分光
棱鏡-光柵-棱鏡分光結合了棱鏡和光柵的優(yōu)點,PGP的原理如下圖所示,它是在兩塊棱鏡之間放置光柵,該光柵多數(shù)為體相位全息光柵,具有高光譜分辨率高、光學效率較高的特點,但是其包含一個較難制作的體全息透射光柵模塊,增加了制作棱鏡-光柵-棱鏡分光模塊的成本。
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