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，通過反演可以得到目標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間調製型和空間調製型兩種。
基本介紹
- 中文名：干涉成像光譜儀
- 外文名：TSMPIIS
- 原理：干涉原理
- 性質：儀器
- 學科：物理
- 套用：軍事上、環境污染等
概述,發展,干涉成像光譜技術,簡介,分類,套用,
概述
由於物質的光譜與它的屬性密切相關，太陽光照射到月表後被漫反射，不同的物質將呈現不同的反射光譜，成像光譜儀就利用了這個原理，通過不同的反射光譜與已知的礦物典型多光譜序列圖像進行比較，就可以得出探測目標礦物類型和含量信息。
干涉成像光譜儀原理是將目標的光分成兩束，通過控制兩束光的光程差，並使兩束光在感光元件處相遇發生干涉，從而獲得的是一系列不同光程差得到的干涉圖樣。干涉圖樣經過一些列的處理、反演後才能夠得到物體的圖像——光譜三維信息，即目標每一點的光譜曲線。
通過干涉成像光譜儀等探測設備對月球表面被觀測元素和礦物、岩石數據的處理，可了解它們在月球表面相應位置、類型、含量和分布，並利用探測的結果可以繪製各元素的全月球分布圖，發現月球表面資源富積區，為月球的開發利用提供有關資源分布的數據。
發展
干涉成像光譜技術的出現源於干涉光譜學的發展。1880年，邁克耳遜(iMhcelson)發明了以他的名字命名的干涉儀。後來瑞利首先認識到干涉儀所產生的干涉圖(干涉條紋)，可以通過傅立葉變換而得出其光譜，即干涉圖與光譜之間存在著一種對應的傅立葉變換的數學運算關係，從而通過傅立葉積分變換的數學運算把干涉圖(干涉條紋)與輻射光譜直接聯繫了起來，這一原理直接導致了干涉光譜技術的產生及其發展。RubenS等人曾在20世紀初採用雙光束干涉儀首次實現了干涉圖的準確實驗測量，他們還根據假定的光譜分布計算了干涉圖並和實驗測得的光譜圖進行了比較。20世紀50年代之後，隨著傅立葉變換光譜學的飛速發展，英國的PeterFellgett於1949年第一次真正的從干涉圖進行傅立葉積分變換數學計算獲得了光譜圖。
早期的干涉型成像光譜儀大多是基於邁克耳遜干涉儀為原形發展起來的，這類儀器中均有一套高精度的動鏡驅動系統，故稱為時間調製干涉成像光譜儀(Temporarily Modulated Imaging Interferometer)。在實際套用中，時間調製干涉成像光譜儀暴露出兩大缺點：一是動鏡要求勻速，且對傾斜、晃動要求嚴格；二是對干涉圖完成採樣需要動鏡運動一個周期，故不適合快速變化光譜測量。
90年代以來，隨著面陣探測器的發展，國際上出現了空間調製干涉成像光譜技術(Spatially ModulatedImaging Interferometery，即SMII)或數字陣列掃描干涉光譜技術(Digital Array Scanned Imaging Interfer-ometey，即DASI)，其具有代表性的方案有兩類：一類是基於變形的Sagnac干涉儀為分光元件；另一類是以雙折射晶體為分光元件。
干涉成像光譜技術
簡介
1880年，邁克耳遜(iMhcelson)發明了以他的名字命名的干涉儀。後來瑞利首先認識到干涉儀所產生的干涉圖(干涉條紋)，可以通過傅立葉變換而得出其光譜，即干涉圖與光譜之間存在著一種對應的傅立葉變換的數學運算關係，從而通過傅立葉積分變換的數學運算把干涉圖(干涉條紋)與輻射光譜直接聯繫了起來，這一原理直接導致了干涉光譜技術的產生及其發展。RubenS等人曾在20世紀初採用雙光束干涉儀首次實現了干涉圖的準確實驗測量，他們還根據假定的光譜分布計算了干涉圖並和實驗測得的光譜圖進行了比較。20世紀50年代之後，隨著傅立葉變換光譜學的飛速發展，英國的PeterFellgett於1949年第一次真正的從干涉圖進行傅立葉積分變換數學計算獲得了光譜圖。干涉成像光譜技術的另一個重大發展和決定性的突破發生在20世紀60年代中期，隨著Cooley發明的快速傅立葉變換FFT算法的採用，大大較少了常規傅立葉變換的運算量，極大的提高了運算效率，幾分鐘即可完成原來需要幾個小時才能完成的變換運算。另外，近年來計算機的普及實用和高速計算技術的發展，為干涉成像光譜技術的研究與發展奠定了基礎和開闢了廣闊的道路。
分類
成像光譜技術從原理上講分為色散型和干涉型兩大類：色散型成像光譜儀是利用色散元件(光柵或稜鏡等)將複色光色散分成序列譜線，然後再用探測器測量每一譜線元的強度。而干涉型成像光譜儀是同時測量所有譜線元的干涉強度，對干涉圖進行逆傅立葉變換將得到目標的光譜圖。
因色散型成像光譜儀中均含有人射狹縫，狹縫越窄，光譜解析度越高，而進入系統的光通量就越少，即光譜解析度和光通量成為色散型成像光譜儀中相互制約的一對矛盾。在干涉型成像光譜儀中同時測量的是所有譜元均有貢獻的干涉強度，傳統的干涉成像光譜儀中雖然也有狹縫(90年代後期發展的光譜儀中已去掉狹縫)，但狹縫寬度不影響光譜解析度，只決定於空間解析度的要求。在滿足空間解析度的前提下，狹縫可以較寬，從而使狹縫面積和視場角較大。理論分析表明，在具有相同解析度的條件下，干涉型成像光譜儀的通量較色散型成像光譜儀高200倍左右，即光能利用率高1～ 2個數量級。
對具有M個光譜元的光譜圖，若其測量總時間為T，則對色散型光譜儀來說，每個譜元的測量時間必為T/ M；對干涉型光譜儀來說，M個光譜元(光譜通道)可同時測量，即測量每個光譜元的時間均為T。由於復原光譜信噪比與測量時間的平方根成正比，故干涉成像光譜儀的信噪比是色散型的
倍。
綜上所述，干涉型成像光譜儀與色散型成像光譜儀比較，具有高通量、多通道和較大視場等優點。
套用
最初成像光譜儀的發展，主要是用於植被遙感和地質礦物識別研究之用(Goetz等，1985)。但是隨著成像光譜技術的深入研究，它己被廣泛套用在大氣科學、生態、地質、水文和海洋等學科中(Vanes&Goetz，1993)。
