高光譜成像的原理是通過收集目標物體輻射的光波，經(jīng)過狹縫增強準直后，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，分光元件對高光譜相機來說，是一個非常重要的部分。
高光譜相機示意圖
通過整理目前高光譜相機領(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、楔形濾光片型高光譜相機和濾光片輪高光譜相機。
可調(diào)諧濾光片高光譜相機
采用可調(diào)諧濾光片作為分光元件的高光譜相機，被稱為可調(diào)諧濾光片高光譜相機，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、MEMS可調(diào)諧FP腔濾光片高光譜相機和液晶可調(diào)諧濾光片高光譜相機。
可調(diào)諧液晶濾光片
楔形濾光片型高光譜相機
楔形濾光片型高光譜相機因能夠在空間區(qū)和光譜區(qū)進行連續(xù)的測量取樣，也被稱為漸變?yōu)V光片型高光譜相機。
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的濾光片是一個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光片與對應(yīng)的光電二極管陣列象元的信號輸出關(guān)系，又可以將漸變?yōu)V光片型高光譜相機分為線陣漸變和面陣漸變?yōu)V光片型高光譜相機。
濾光片輪高光譜相機
濾光片輪高光譜相機的分光元件是一個濾光片輪，該濾光片輪可以轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)動的過程中，就可以獲得不同波段的光譜圖像，進而實現(xiàn)對復(fù)色光進行分光處理。濾光片輪還可以進行更換，根據(jù)不同觀測波段的需求來更換不同的濾光片輪，可以更加靈活的應(yīng)對不同光譜波段觀測需求。另外，濾光片輪高光譜相機的光路結(jié)構(gòu)也更為簡單。
濾光片輪
不過，隨著探測波段的寬度越來越寬，濾光片輪高光譜相機需要不停地更換濾光片輪。而且在一些寬光譜、高分辨率的探測需求中，濾光片輪高光譜相機已經(jīng)無法滿足需求。目前，濾光片輪高光譜相機更多被應(yīng)用在多光譜探測領(lǐng)域。
微型光譜儀新思路---量子點光譜儀
傳統(tǒng)光譜儀采用了高精度的機械和光學(xué)器件，往往造價昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積笨重，極大地限制了其應(yīng)用范圍。量子點是一種無機材料，穩(wěn)定性非常高，其半徑與激子玻爾半徑相近，又被稱為納米晶。
近紅外量子點光譜儀原理圖
各種不同的量子點聚集在一起，就可以同時探測不同的波段，這就是量子點光譜儀的研制原理。量子點光譜儀的體積更小，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，在光譜分辨率方面與光柵色散高光譜相機相比，還有較大的差距。不過，隨著鍍膜型高光譜相機的能量利用率和光譜分辨率的提高，特別是鍍膜技術(shù)和量子點材料的不斷進步，研發(fā)成本也會進一步降低。
此外，濾光片與探測器的結(jié)合，也可以提升光譜相機的光譜分辨率，理論上，其精度甚至可以和光柵色散分光相比擬。鍍膜型高光譜相機的發(fā)展方向正是濾光片與探測器晶圓的結(jié)合?？偠灾瑸V光片型高光譜相機將促進高光譜成像進入一個全新的發(fā)展軌道，這不單單是指技術(shù)方面，還包括應(yīng)用方面。
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