成像光譜儀是新一代感測器。在20世紀80年代初正式開始研製。研製這類儀器的主要目的是想在獲取大量地物目標窄波段連續光譜圖像的同時，獲得每個像元幾乎連續的光譜數據，因而稱為成像光譜儀。目前成像光譜儀主要套用於高光譜航空遙感。在航天遙感領域高光譜也開始套用。
基本介紹
- 中文名：成像光譜儀
- 外文名：Imaging Spectrometer
- 實質：感測器
- 性能：噪聲等效反射率差
簡介,發展背景,分類,優點和缺點,性能參數和原理,套用,
簡介
目前國際上正在迅速發展的一種新型感測器稱為成像光譜儀，它是以多路、連續並具有高光譜解析度方式獲取圖像信息的儀器。通過將傳統的空間成像技術與地物光譜技術有機地結合在一起，可以實現對同一地區同時獲取幾十個到幾百個波段的地物反射光譜圖像。
成像光譜儀基本上屬於多光譜掃瞄器，其構造與CCD線陣列推掃式掃瞄器和多光譜掃瞄器相同，區別僅在於通道數多，各通道的波段寬度很窄。
發展背景
70年代末80年代初，在研究歸納各種地物光譜特徵的基礎上，形成這樣一個概念：如果能實現連續的窄波段成像，那么就有可能實現地面礦物的直接識別，由此產生了光譜和圖像結合為一體的成像光譜技術。1983 年美國噴氣推進實驗室研製出第一台航空成像光譜儀（AIS-1），隨後包括中國在內的許多國家都研製成功了一系列成像光譜儀，其中有以線陣探測器為基礎的光機掃描型，有以面陣探測器為基礎的固態推掃型，也有以面陣探測器加光機的並掃型。
分類
成像光譜儀按其結構的不同，可分為兩種類型。一種是面陣探測器加推掃式掃瞄器的成像光譜儀，它利用線陣列探測器進行掃描，利用色散元件和面陣探測器完成光譜掃描。利用線陣列探測器及其沿軌道方向的運動完成空間掃描。
帶面陣的成像光譜儀另一種是用線陣列探測器加光機掃瞄器的成像光譜儀，它利用點探測器收集光譜信息，經色散元件後分成不同的波段，分別線上陣列探測器的不同元件上，通過點掃描鏡在垂直於軌道方向的面內擺動以及沿軌道方向的運動完成空間掃描，而利用線探測器完成光譜掃描。
帶線針的成像光譜儀優點和缺點
成像光譜儀數據具有光譜解析度極高的優點，同時由於數據量巨大，難以進行存儲、檢索和分析。為解決這一問題，必須對數據進行壓縮處理，而且不能沿用常規少量波段遙感圖像的二維結構表達方法。圖像立方體就是適應成像光譜數據的表達而發展起來的一種新型的數據格式，它是類似撲克牌式的各光譜段圖像的疊合。立方體正面的圖像是一幅自己選擇的三個波段圖像合成，它是表示空間信息的二維圖像，在其下面則是單波段圖像疊合；位於立方體邊緣的信息表達了各單波段圖像最邊緣各像元的地物輻射亮度的編碼值或反射率，這種圖像表示形式亦稱為影像立方體。
從幾何角度來說，成像光譜儀的成像方式與多光譜掃瞄器相同，或與CCD線陣列感測器相似，因此，在幾何處理時，可採用與多光譜掃瞄器和CCD線陣列感測器數據類似的方法。但目前，成像光譜儀只注重提高光譜解析度，其空間解析度卻較低(幾十甚至幾百米)。正是因為成像光譜儀可以得到波段寬度很窄的多波段圖像數據，所以它多用於地物的光譜分析與識別上。特別是，由於目前成像光譜儀的工作波段為可見光、近紅外和短波紅外，因此對於特殊的礦產探測及海色調查是非常有效的，尤其是礦化蝕變岩在短波段具有診斷性光譜特徵。
性能參數和原理
高光譜解析度遙感信息分析處理，集中於光譜維上進行圖像信息的展開和定量分析，其圖像處理模式的關鍵技術有：⑴超多維光譜圖像信息的顯示，如圖像立方體的生成；⑵光譜重建，即成像光譜數據的定標、定量化和大氣糾正模型與算法，依此實現成像光譜信息的圖像-光譜轉換；⑶光譜編碼，尤其指光譜吸收位置、深度、對稱性等光譜特徵參數的算法；⑷基於光譜資料庫的地物光譜匹配識別算法；⑸混合光譜分解模型；⑹基於光譜模型的地表生物物理化學過程與參數的識別和反演算法。
高端的成像光譜儀採用了透射型體相全息衍射光柵，其在可見光到近紅外波段具有低雜散光、低吸收率特點；由於核心部分密封在玻璃或其它透明材質中，因此壽命長、容易清潔、抗刮檫，非常適合各種苛刻的野外的套用環境。
成像光譜儀工作方式主要為推掃式，為了實現掃描過程，一般利用外接掃描平台帶動光譜儀運行；由於掃描平台比較笨重，且增加了耗電量，給野外工作帶來諸多不便，所以現在最新型的成像光譜儀取消了掃描平台，改為內置式掃描設計，減輕了整機重量和能耗，而且可以直接進行垂直向下測量，更利於野外使用。
套用
高光譜解析度成像光譜遙感起源於地質礦物識別填圖研究，逐漸擴展為植被生態、海洋海岸水色、冰雪、土壤以及大氣的研究中。
成像光譜儀在高光譜測量的基礎上，具有圖譜合一的優勢，可以精確到葉片一個點去探測作物不同脅迫症狀的特徵，又可獲取受脅迫作物面狀的光譜信息，點面結合綜合地反映作物遭受脅迫的程度。所以，成像高光譜已經成為國內外研究的熱點，學者們利用高光譜成像技術定量化地提取作物所遭受的各種脅迫特徵，根據高解析度的圖像對葉片及葉片的局部區域進行分析，從而在更加微觀的尺度上進行機理探測研究。
