什么是光譜成像技術？高光譜成像技術是近四十年來才發(fā)展起來的一種全新的遙感成像技術，它具有超多波段、高光譜分辨率、波段窄、光譜范圍廣和圖譜合一等特點，被廣泛的應用于地質學、植被科學、農(nóng)業(yè)等各個領域。本文對光柵光譜儀的成像原理做了簡要的介紹。

光譜成像技術的概述：

光譜成像是一門結合了設計、制造、評估和儀器應用的藝術和科學。它能夠同時捕捉場景中具有高分辨率的空間和光譜特性，用來對場景中物體進行檢測、分類、識別和表征。現(xiàn)行的采用光學技術開發(fā)的用于捕獲高光譜圖像的傳感器包括：色散棱鏡或光柵分光光譜儀、邁克爾遜傅立葉變換光譜儀、空間傅立葉變換光譜儀、掃描Fabry-Perot標準具、聲光可調濾光片和介質濾波器。在機載或天基平臺實現(xiàn)光譜成像時最常見的是使用色散成像光譜儀，它可以將光譜信息沿著二維的探測器陣列的一個方向進行映射。在任何一個時間點，光譜儀都會同時收集多個波長的光線構成場景的單個空間切片的一幀，然后通過掃描和收集多個幀來擴展另一個空間維度。棱鏡式色散光譜儀可以用于反射和發(fā)射光譜區(qū)域的空中操作，如下圖所示。

光柵光譜儀的成像原理：

典型的光柵光譜儀的原理如下圖所示。光源從遠處（圖中的左邊）首先由成像透鏡組件聚焦以在狹縫平面上形成圖像。狹縫是一個不透明的表面，它將，阻擋除了高為一個像素，寬為n個像素的矩形區(qū)域外的一切光線，該表面通過三個反射鏡再次成像到二維的探測器陣列上，使得狹縫的高度與探測器元件尺寸匹配，狹縫寬度與探測器陣列寬度匹配。如果不考慮其他因素，則二維的探測器陣列只會生成穿過狹縫場景的部分線性圖像。然而，光譜儀還包括一個在中間鏡表面的閃耀光柵進行衍射，將光分散在所示的探測器陣列上。因此形成了穿過該陣列的這個維度入口狹縫中的每個空間位置的光譜。

在得到高光譜數(shù)據(jù)并經(jīng)過校準之后，就該研究如何提取和利用數(shù)據(jù)中的有效信息。與傳統(tǒng)的全色圖像或者多光譜圖像不同，高光譜圖像中的信息內容并不能直觀的表達，需要使用計算機處理來提取它。因此，高光譜遙感研究領域一直致力于開發(fā)算法技術來檢測、分類、識別、量化和表征所捕獲數(shù)據(jù)中感興趣的對象和特征。粗略地說，這種處理一般采用兩種方法：物理建模和統(tǒng)計信號處理。當我們將高光譜遙感應用與物體檢測和分類問題時，使用統(tǒng)計處理方法或者物理建模和統(tǒng)計信號處理方法相結合的方法是非常有效果的，因為這些方法能夠很好的捕獲光譜特性中自然和人造變異的隨機性，這通常存在于實際圖像中，并且難以在物理上建模。許多在通信和雷達信號處理領域中使用的技術為高光譜成像應用開發(fā)了許多檢測結構化噪聲情況下檢測信號的新方法。這些方法針對不同的應用環(huán)境會變得非常具體，并不能統(tǒng)一的去概述。然而大多數(shù)方法都有三個共同的基本功能：

（1）補償大氣和環(huán)境的未知影響的方法，以允許由成像光譜儀以某種定量的方式捕獲目標物體的光譜輻射率數(shù)據(jù)，例如其反射率或發(fā)射率分布；

（2）圖像內統(tǒng)計方差的基礎模型，以及將數(shù)據(jù)擬合到相關模型參數(shù)的數(shù)學方法；

（3）基于其獨特的光譜特性來檢測、分類和識別場景中目標物體的一些方法。檢測、分類和識別通常基于對光譜數(shù)據(jù)使用適當統(tǒng)計模型的假設檢驗。