高光譜成像儀按照分光方式的不同，可以分為色散型成像光譜儀和干涉型成像光普儀。其中，色散型成像光譜儀根據(jù)其分光器件的不同又可以分為平面光柵光譜儀、非平面光柵光譜儀和棱鏡分光光譜儀。本文對(duì)高光譜成像儀的分類做了介紹。

平面光柵光譜儀：

平面光柵光譜儀是一種十分常見(jiàn)的成像光普儀，其使用的平面光柵是光譜技術(shù)中常用的光學(xué)器件之一。光柵色散的基本原理如下式所示：

其中θi為入射光線與法線之間的夾角，θd為出射光線與光柵去線的夾角，m為衍射級(jí)次，d為光柵常數(shù)，λ為入射電磁波的波長(zhǎng)。在入射角和衍射角很小的情況下，光柵分光可近似認(rèn)為呈現(xiàn)線性分布，有利于光譜儀光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和探測(cè)器的選型，并且可以保證儀器的光譜分辨率穩(wěn)定，使儀器的探則能力得到提高。然而，在平面光柵的早期應(yīng)用中，由于受當(dāng)時(shí)的工藝制造水平的限制，平面光柵僅能夠滿足于小視場(chǎng)或光機(jī)掃描型成像光譜儀的應(yīng)用需求。此外，由于一般平面光柵的衍射光能量大部分集中于零級(jí)衍射主極大上，因此平面光柵光譜儀的信噪比和靈敏度與其它類型的光譜儀相比并不突出。

近年來(lái)，隨著工業(yè)制造能力的不斷升級(jí)，平面光柵不僅可以集成在視場(chǎng)較大的光譜相機(jī)當(dāng)中，還可以通過(guò)傾斜狹縫平面與光柵平面的方式，制造出可以將主要衍射能量集中于非零級(jí)衍射主極大上的閃耀光柵器件，使得平面光柵光譜儀的靈敏度得到提高，并且不再局限于小視場(chǎng)或光機(jī)掃描型的成像方式。

非平面光柵光譜儀：

凸面光柵和凹面光柵都可將其稱之為非平面光柵。凸面光柵通常呈現(xiàn)對(duì)稱分布結(jié)構(gòu)，光能量利用效率高，像質(zhì)穩(wěn)定性較強(qiáng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以在一定程度上能夠抵消惡劣環(huán)境對(duì)光譜儀狀態(tài)的影響，因此常常在研發(fā)航天用途的高光譜載荷時(shí)使用。但生產(chǎn)凸面光柵所耗費(fèi)的社會(huì)必要?jiǎng)趧?dòng)時(shí)間較多，且儀器的光學(xué)裝調(diào)和像質(zhì)校正較難，元件的獲取渠道稀缺。凹面光柵光譜儀的光路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積較小。由于凹面光柵會(huì)帶來(lái)較大的光譜彎曲，且溫度適應(yīng)范圍一般，因此通常將四面光柵集成在非成像領(lǐng)域的小型光譜設(shè)備當(dāng)中。但是由于非平面光柵在衍射時(shí)會(huì)使波長(zhǎng)較長(zhǎng)的電磁波疊加在波長(zhǎng)較小的衍射主極大位置，因此，那些探測(cè)波長(zhǎng)范圍較大的光譜儀并不適合采用非平面光柵器件。此外，光柵分光的過(guò)程會(huì)損耗入射光的能量，不利于儀器信噪比的提升。

棱鏡分光光譜儀：

為彌補(bǔ)光柵光譜儀的不足之處，利用棱鏡對(duì)不同波長(zhǎng)電磁波有不同折射率的物理規(guī)律實(shí)現(xiàn)光譜分離的棱鏡光譜儀具有很高的光譜效率，且不會(huì)發(fā)生光譜混疊的現(xiàn)象。棱鏡分光的光學(xué)原理式如下所示：

其中α為棱鏡頂角，δ為棱鏡的偏向角，I1為平行入射光與棱鏡法線方向的夾角，I1為棱鏡對(duì)入射光第一次折射的折射角，I2和I2分別為棱鏡對(duì)入射光第二次折射的入射角和折射角。當(dāng)棱鏡的頂角很小時(shí)，光楔就是棱鏡分光最經(jīng)典的具體應(yīng)用之一。然而，棱鏡光譜儀的分光是非線性的，會(huì)在探測(cè)器上引入較大的光譜彎曲，并不大適用于較大通光孔徑的光譜光學(xué)系統(tǒng)。此外，從上式中我們也可以看出，棱鏡對(duì)入射光有規(guī)律的色散是基于入射平行光與法線之間有固定夾角的前提下才得以實(shí)現(xiàn)的，因此，針對(duì)有一定視場(chǎng)角的棱鏡光譜儀而言，其光學(xué)系統(tǒng)必須經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)才能獲得較好的像質(zhì)和較為穩(wěn)定的光譜響應(yīng)曲線。