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        高光譜成像的原理是通過(guò)收集目標(biāo)物體輻射的光波，經(jīng)過(guò)狹縫增強(qiáng)準(zhǔn)直后，照射在分光元件上，分光元件在垂直方向上按光譜色散，再被圖像傳感器接收并成像。因此，分光元件對(duì)高光譜相機(jī)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)非常重要的部分。

高光譜相機(jī)示意圖

        通過(guò)整理目前高光譜相機(jī)領(lǐng)域的各種技術(shù)路線，按照濾光片的不同，可以分為可調(diào)諧濾光片高光譜相機(jī)、楔形濾光片型高光譜相機(jī)和濾光片輪高光譜相機(jī)。

可調(diào)諧濾光片高光譜相機(jī)

        采用可調(diào)諧濾光片作為分光元件的高光譜相機(jī)，被稱(chēng)為可調(diào)諧濾光片高光譜相機(jī)，其調(diào)諧方式有聲光、MEMS和液晶三種，因此又被分為聲光可調(diào)諧濾光片高光譜相機(jī)、MEMS可調(diào)諧FP腔濾光片高光譜相機(jī)和液晶可調(diào)諧濾光片高光譜相機(jī)。

可調(diào)諧液晶濾光片

楔形濾光片型高光譜相機(jī)

        楔形濾光片型高光譜相機(jī)因能夠在空間區(qū)和光譜區(qū)進(jìn)行連續(xù)的測(cè)量取樣，也被稱(chēng)為漸變?yōu)V光片型高光譜相機(jī)。

線性漸變?yōu)V光片結(jié)構(gòu)及分光示意圖

        楔形濾光片型高光譜相機(jī)的濾光片是一個(gè)楔形的多層薄膜介質(zhì)，被安裝在緊靠二維光電二極管陣列的位置，這樣就能使?jié)u變?yōu)V光片的某一光譜帶對(duì)應(yīng)上光電二極管陣列的部分象元。根據(jù)漸變?yōu)V光片與對(duì)應(yīng)的光電二極管陣列象元的信號(hào)輸出關(guān)系，又可以將漸變?yōu)V光片型高光譜相機(jī)分為線陣漸變和面陣漸變?yōu)V光片型高光譜相機(jī)。

濾光片輪高光譜相機(jī)

        濾光片輪高光譜相機(jī)的分光元件是一個(gè)濾光片輪，該濾光片輪可以轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，就可以獲得不同波段的光譜圖像，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)色光進(jìn)行分光處理。濾光片輪還可以進(jìn)行更換，根據(jù)不同觀測(cè)波段的需求來(lái)更換不同的濾光片輪，可以更加靈活的應(yīng)對(duì)不同光譜波段觀測(cè)需求。另外，濾光片輪高光譜相機(jī)的光路結(jié)構(gòu)也更為簡(jiǎn)單。

濾光片輪

        不過(guò)，隨著探測(cè)波段的寬度越來(lái)越寬，濾光片輪高光譜相機(jī)需要不停地更換濾光片輪。而且在一些寬光譜、高分辨率的探測(cè)需求中，濾光片輪高光譜相機(jī)已經(jīng)無(wú)法滿足需求。目前，濾光片輪高光譜相機(jī)更多被應(yīng)用在多光譜探測(cè)領(lǐng)域。

微型光譜儀新思路---量子點(diǎn)光譜儀

        傳統(tǒng)光譜儀采用了高精度的機(jī)械和光學(xué)器件，往往造價(jià)昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積笨重，極大地限制了其應(yīng)用范圍。量子點(diǎn)是一種無(wú)機(jī)材料，穩(wěn)定性非常高，其半徑與激子玻爾半徑相近，又被稱(chēng)為納米晶。

近紅外量子點(diǎn)光譜儀原理圖

        各種不同的量子點(diǎn)聚集在一起，就可以同時(shí)探測(cè)不同的波段，這就是量子點(diǎn)光譜儀的研制原理。量子點(diǎn)光譜儀的體積更小，是微型光譜儀的發(fā)展方向。

高光譜相機(jī)的研發(fā)方向

        目前，采用濾光片作為分光元件的高光譜相機(jī)，在光譜分辨率方面與光柵色散高光譜相機(jī)相比，還有較大的差距。不過(guò)，隨著鍍膜型高光譜相機(jī)的能量利用率和光譜分辨率的提高，特別是鍍膜技術(shù)和量子點(diǎn)材料的不斷進(jìn)步，研發(fā)成本也會(huì)進(jìn)一步降低。

        此外，濾光片與探測(cè)器的結(jié)合，也可以提升光譜相機(jī)的光譜分辨率，理論上，其精度甚至可以和光柵色散分光相比擬。鍍膜型高光譜相機(jī)的發(fā)展方向正是濾光片與探測(cè)器晶圓的結(jié)合。總而言之，濾光片型高光譜相機(jī)將促進(jìn)高光譜成像進(jìn)入一個(gè)全新的發(fā)展軌道，這不單單是指技術(shù)方面，還包括應(yīng)用方面。