光譜儀器的應(yīng)用很廣泛，在工業(yè)中，光譜儀器更是常被使用的測(cè)試測(cè)量?jī)x器。為增進(jìn)大家對(duì)光譜儀器的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)光譜儀器中的干涉成像光譜儀予以介紹，主要內(nèi)容在于介紹這種光譜儀器的發(fā)展與應(yīng)用。如果你對(duì)光譜儀器具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、干涉成像光譜儀概述

干涉成像光譜儀是利用干涉原理獲得一系列隨光程差變化的干涉圖樣，通過(guò)反演可以得到目標(biāo)物體的二維空間圖像和一維光譜信息的儀器。干涉成像光譜儀有時(shí)間調(diào)制型和空間調(diào)制型兩種。由于物質(zhì)的光譜與它的屬性密切相關(guān)，太陽(yáng)光照射到月表后被漫反射，不同的物質(zhì)將呈現(xiàn)不同的反射光譜，成像光譜儀就利用了這個(gè)原理，通過(guò)不同的反射光譜與已知的礦物典型多光譜序列圖像進(jìn)行比較，就可以得出探測(cè)目標(biāo)礦物類(lèi)型和含量信息。

干涉成像光譜儀原理是將目標(biāo)的光分成兩束，通過(guò)控制兩束光的光程差，并使兩束光在感光元件處相遇發(fā)生干涉，從而獲得的是一系列不同光程差得到的干涉圖樣。干涉圖樣經(jīng)過(guò)一些列的處理、反演后才能夠得到物體的圖像——光譜三維信息，即目標(biāo)每一點(diǎn)的光譜曲線。

通過(guò)干涉成像光譜儀等探測(cè)設(shè)備對(duì)月球表面被觀測(cè)元素和礦物、巖石數(shù)據(jù)的處理，可了解它們?cè)谠虑虮砻嫦鄳?yīng)位置、類(lèi)型、含量和分布，并利用探測(cè)的結(jié)果可以繪制各元素的全月球分布圖，發(fā)現(xiàn)月球表面資源富積區(qū)，為月球的開(kāi)發(fā)利用提供有關(guān)資源分布的數(shù)據(jù)。

二、干涉成像光譜儀的發(fā)展

干涉成像光譜技術(shù)的出現(xiàn)源于干涉光譜學(xué)的發(fā)展。1880年，邁克耳遜(iMhcelson)發(fā)明了以他的名字命名的干涉儀。后來(lái)瑞利首先認(rèn)識(shí)到干涉儀所產(chǎn)生的干涉圖(干涉條紋)，可以通過(guò)傅里葉變換而得出其光譜，即干涉圖與光譜之間存在著一種對(duì)應(yīng)的傅里葉變換的數(shù)學(xué)運(yùn)算關(guān)系，從而通過(guò)傅里葉積分變換的數(shù)學(xué)運(yùn)算把干涉圖(干涉條紋)與輻射光譜直接聯(lián)系了起來(lái)，這一原理直接導(dǎo)致了干涉光譜技術(shù)的產(chǎn)生及其發(fā)展。RubenS等人曾在20世紀(jì)初采用雙光束干涉儀首次實(shí)現(xiàn)了干涉圖的準(zhǔn)確實(shí)驗(yàn)測(cè)量，他們還根據(jù)假定的光譜分布計(jì)算了干涉圖并和實(shí)驗(yàn)測(cè)得的光譜圖進(jìn)行了比較。20世紀(jì)50年代之后，隨著傅里葉變換光譜學(xué)的飛速發(fā)展，英國(guó)的PeterFellgett于1949年第一次真正的從干涉圖進(jìn)行傅里葉積分變換數(shù)學(xué)計(jì)算獲得了光譜圖。

早期的干涉型成像光譜儀大多是基于邁克耳遜干涉儀為原形發(fā)展起來(lái)的，這類(lèi)儀器中均有一套高精度的動(dòng)鏡驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，故稱(chēng)為時(shí)間調(diào)制干涉成像光譜儀(Temporarily Modulated Imaging Interferometer)。在實(shí)際應(yīng)用中，時(shí)間調(diào)制干涉成像光譜儀暴露出兩大缺點(diǎn)：一是動(dòng)鏡要求勻速，且對(duì)傾斜、晃動(dòng)要求嚴(yán)格;二是對(duì)干涉圖完成采樣需要?jiǎng)隅R運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期，故不適合快速變化光譜測(cè)量。

90年代以來(lái)，隨著面陣探測(cè)器的發(fā)展，國(guó)際上出現(xiàn)了空間調(diào)制干涉成像光譜技術(shù)(Spatially ModulatedImaging Interferometery，即SMII)或數(shù)字陣列掃描干涉光譜技術(shù)(Digital Array Scanned Imaging Interfer-ometey，即DASI)，其具有代表性的方案有兩類(lèi)：一類(lèi)是基于變形的Sagnac干涉儀為分光元件;另一類(lèi)是以雙折射晶體為分光元件。

三、干涉成像光譜儀的應(yīng)用

最初成像光譜儀的發(fā)展，主要是用于植被遙感和地質(zhì)礦物識(shí)別研究之用(Goetz等，1985)。但是隨著成像光譜技術(shù)的深入研究，它己被廣泛應(yīng)用在大氣科學(xué)、生態(tài)、地質(zhì)、水文和海洋等學(xué)科中(Vanes&Goetz，1993)。

它在軍事和民用領(lǐng)域，都有廣泛的應(yīng)用前景。在軍事上，與可見(jiàn)光照相偵察技術(shù)相比，成像光譜技術(shù)對(duì)偽裝、隱藏目標(biāo)具有更強(qiáng)的發(fā)現(xiàn)能力，特別是近年來(lái)目標(biāo)防御技術(shù)的發(fā)展，常使可見(jiàn)光照相偵察技術(shù)失靈或失誤。因此，成像光譜技術(shù)就成為一種具有重大發(fā)展價(jià)值的偵察手段，它能偵察出隱藏在樹(shù)林中的火炮、坦克、車(chē)輛和井下發(fā)射架發(fā)射的火箭，除水面艦艇外，它還能發(fā)現(xiàn)水下航行的潛艇。這是因?yàn)槿魏挝淦飨到y(tǒng)總有熱源，在它們運(yùn)行時(shí)都會(huì)發(fā)出可見(jiàn)或不可見(jiàn)的光輻射(電磁輻射)，而且因?yàn)楦鞣N武器系統(tǒng)以及地面物質(zhì)都具有它們自己固有的發(fā)射和反射(散射)“特征光譜”，通過(guò)對(duì)特征光譜的分析，即可識(shí)別武器系統(tǒng)的類(lèi)別或地面物質(zhì)成份。

在民用方面，它可用于天文物理研究;地球資源普查：包括礦物資源、國(guó)土資源、森林資源、植被資源(農(nóng)作物估產(chǎn)、病蟲(chóng)害)、海洋魚(yú)類(lèi)資源與海藻等;還可監(jiān)視全球污染與災(zāi)害：包括大氣污染與海洋污染、森林火災(zāi)、水澇災(zāi)害、土質(zhì)堿化、沙化等。

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