高光谱主流技术类型分析

目前高光谱成像技术发展迅速，主流常见的包括光栅分光、声光可调谐滤波分光AOTF、液晶光学滤波LCTF、棱镜分光、芯片镀膜、法珀腔MEMS芯片等。下面简单介绍现基本原理和差异：

光栅分光

空间中的一维信息通过镜头和狭缝后，不同波长的光按照不同程度的弯散传播，这一维图像上的每个点，再通过光栅进行衍射分光，形成一个谱带，照射到探测器上，探测器上的每个像素位置和强度表征光谱和强度。一个点对应一个谱段，一条线就对应一个谱面，因此探测器每次成像是空间一条线上的光谱信息，为了获得空间二维图像再通过机械推扫，完成整个平面的图像和光谱数据采集。

棱镜分光

入射光通过棱镜后被分成不同的方向，然后照射到不同方向的探测器上进行成像。棱镜分光后，在棱镜的出射面镀了不同波段的滤光膜，使得不同方向的探测器可以采集到不同光谱信息，实现同时采集空间及光谱信息。

由于系统是基于单个分立器件的，为了保证空间分辨率和光谱分辨率，必须引入物镜、光阑、准直器、各类透镜等光学器件，同时必须考虑各种器件之间的聚焦、准直问题，这就导致传统的系统复杂度很高、体积较大、成本颇高、应用范围受到极大限制。针对不同应用要求的修改，系统再设计复杂度非常高。目前市场上主要这类系统多为面向科研及大型检测单位应用。

声光可调谐滤波分光(AOTF)

AOTF由声光介质、换能器和声终端三部分组成。射频驱动信号通过换能器在声光介质内激励出超声波。改变射频驱动信号的频率，可以改变AOTF衍射光的波长，从而实现电调谐波长的扫描。

AOTF系统组成：成像物镜+准直镜+偏振片+晶体+偏振片+物镜+detector，为了保证入射光经过准平行镜之后能够完全变化成平行光，因此对前端的物镜视场角有一定的要求。本技术的缺陷是无法做大尺寸，目前可看到的只是单点的光谱仪。

液晶光学滤波(LCTF)

LCTF滤光型光谱成像技术特征是：施加不同的电压，调节双折射液晶造成的相位差，从而使不同波长的光发生干涉，实现对不同波长的连续可调性扫描。基本结构如下：

LCTF的液晶对外界的环境温度非常敏感，造成温漂，使检测结果不准，另外的缺陷就是成本高，无法降低，至今从研究成果和已推出市场的产品看，技术路线不是太乐观。

芯片镀膜

欧洲微电子研究中心IMEC在这方面投入了大量的研究，采用高灵敏CCD芯片及SCMOS芯片研制了一种新的高光谱成像技术，在探测器的像元上分别镀不同波段的滤波膜实现高光谱成像。如图所示

该方式在CMOS表面镀膜，对应带来的限制空间解析度较多低，要求每个镀膜高度一致性，那么芯片生产工艺要求高，对批量生产有很大挑战。也因为无法全光谱连续可调，在应用场景不灵活，会有一定的限制，一般可作定性。

法珀腔MEMS芯片

法布里-珀罗干涉仪简称FPI或法珀腔，是一种由两块平行的玻璃板组成的多光束干涉仪。特性为当入射光的频率满足其共振条件时，其透射频谱会出现很高的峰值，对应着很高的透射率。

基于法布里珀罗腔体原理设计，结合MEMS芯片微加工工艺及成熟的图像传感器技术实现的高光谱成像，能快速实现宽光谱输入，特定光谱选通输出，完成不同光谱图像信息采集。此种方式与现有器件产业链及模组工艺很好地结合，同时拥有这种MEMS器件尺寸极小、性价比高的优点，适合大批量生产。当然这种方式目前全世界只有个别的研究所和公司在研究，技术门槛高。