不同光谱技术原理及对比
不同光谱技术原理及对比
光谱技术是现代自然科学分析的重要手段，广泛应用于物质成分检测、环境监测等领域。根据光谱分辨率和通道数的不同，光谱技术可分为多光谱、高光谱和超光谱；根据技术原理的不同，又可分为色散型、窄带滤波型、傅里叶变换型和计算重建型。本文将详细介绍这些光谱技术的原理及其特点。
多光谱、高光谱与超光谱
光谱分辨率越高，通道数越多，采集到的数据则越丰富，更能反映光谱的真实信息，但通常来说技术难度也越大。根据光谱的通道数和光谱分辨率不一样可以分为多光谱、高光谱及超光谱。
色散型光谱仪
色散型光谱仪一般由一个或多个衍射光栅或分光棱镜、一段光程以及一个探测阵列组成。光通过入射狭缝被准直照射在衍射光栅或棱镜上，将光谱成分分散到不同的方向，然后通过后面的探测器阵探测光谱的分布。这种光谱仪一般拥有超高分辨率、宽光谱范围和成熟的技术路线，已被广泛使用在专业科研的光谱仪上；但该技术依赖于笨重的色散元件、长光程等，难以实现尺寸的压缩，所以一般体积都比较大。
窄带滤波型光谱仪
窄带滤波型光谱仪通过选择性地传输特定波长的光，实现对光谱的检测，器件平面化且不需要长光程，在系统小型化方面具有较大的优势。主要分为随时间变化的单个窄带滤波片型和随空间变化的窄带滤波片阵列型。但该技术方案一般通道数有限，只能探测特定几个波长的信息，对使用场景具有较大的局限性。
傅里叶变换型光谱仪
傅里叶变换型光谱仪通常用于红外吸收或发射光谱的测量，通过对探测器得到的干涉图进行傅里叶变换获得待测光谱。根据干涉仪内的光程长度随时间变化的机制分为移动式和固定式两种。该方案要依赖于外部摄像机对干涉图进行散射成像，不适合小型化。
计算重建型光谱仪
计算重建型光谱仪是一种新的光谱仪类型，通过计算来近似或“重建”入射光光谱。主要分为光谱-空间映射型和光谱响应调制型。该方案可以极大简化光谱仪结构设计及降低光谱仪的成本。计算重建型技术被《Science》杂志评价为最有应用前景的成像光谱方案。
光谱扫描方式
根据光谱扫描方式不一样一般可以分为点扫描成像、线扫描成像、谱扫描成像和快照式成像四种方法。
传统形态的光谱仪/相机