高光譜成像儀分光元件之傅里葉變換光譜成像技術(shù)
發(fā)布時間:2024-10-12
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高光譜成像中最重要的一個組成部分就是分光元件,負責(zé)將光束根據(jù)不同波長分成不同的譜段,根據(jù)接收到的光譜成像信息,分析得到物體的光譜特性。其根據(jù)分光元件的不同可以分為不同的類型,其中比較常見就有色散棱鏡型。本文對傅里葉變換光譜成像技術(shù)做了介紹。
高光譜成像中最重要的一個組成部分就是分光元件,負責(zé)將光束根據(jù)不同波長分成不同的譜段,根據(jù)接收到的光譜成像信息,分析得到物體的光譜特性。其根據(jù)分光元件的不同可以分為不同的類型,其中比較常見就有色散棱鏡型。本文對傅里葉變換光譜成像技術(shù)做了介紹。
傅里葉變換光譜成像技術(shù)又稱為干涉型光譜成像,相對于色散型光譜成像而言,起步較晚。測量原理:第一步獲得被測物體的干涉圖像信息,第二步對該信息進行處理,運用傅里葉逆變換復(fù)原得到被測物體的光譜信息以及空間圖像。由于系統(tǒng)分辨率與采樣的最大光程差成線性關(guān)系,所以可以保持高分辨率的同時保留高光通量。
從獲取被測物體干涉圖像方法而言,主要有三種:時間調(diào)制型、空間調(diào)制型和時空混合調(diào)制型。時間調(diào)制型結(jié)構(gòu)常用的干涉方法如邁克爾遜干涉法,如下圖所示,光線從狹縫中出射,經(jīng)過準直系統(tǒng)后,平行入射到分束器,分束器鍍有半反半透膜,一部分光線向上經(jīng)過固定鏡反射到達分束器,另一部分光線穿過分束器到達動鏡處,經(jīng)反射返回分束器;兩束光線向下經(jīng)過會聚透鏡在探測器上成像。經(jīng)過分束器兩束光線振幅相等,為相干光束,移動動鏡控制光程差,通過動鏡的移動來獲得時間差異的干涉圖像。相比于色散型分光元件而言,傅里葉變換成像光譜儀獲得的光通量更大,分辨率更高,但是由于動鏡的存在,需要更復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)來減小運動部件對整個系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,整體體型較大,抗震性差。
空間調(diào)制型成像光譜儀由于不存在機械運動結(jié)構(gòu),也被稱為靜態(tài)傅里葉成像光譜儀。常見的形式有三角共路型,如下圖所示,該系統(tǒng)不具有機械運動結(jié)構(gòu),由一個分束器和兩個空間不對稱的平面反射器組成。光線經(jīng)過Sagnac橫向剪切分束器變成兩束光,使得兩個不完全對稱的平面反射鏡產(chǎn)生空間位置不重合的虛擬像點,經(jīng)過會聚鏡成像在探測器上,從而獲得空間調(diào)制信息的干涉圖樣。相對于傳統(tǒng)色散光譜儀,具有多通道,精度高的優(yōu)點。
時空混合調(diào)制型成像光譜儀又稱為大孔徑靜態(tài)干涉光譜成像技術(shù),是20世紀90年代提出的新型成像技術(shù),同時解決了時間調(diào)制型抗震性差、穩(wěn)定性不足和空間調(diào)制型光通量不足的問題。首先,時空混合調(diào)制成像型光譜儀沒有機械運動結(jié)構(gòu),具有良好的穩(wěn)定性;其次,采用橫向剪切干涉儀作為分光元件,可以將遠處的發(fā)光物體直接分裂成兩個彼此相互錯開的波面,在二者重疊部分產(chǎn)生干涉,這樣就不受狹縫的限制,整個系統(tǒng)中不存在狹縫。
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