快照式光譜成像技術發展趨勢分析與展望（特邀）

袁艷，劉安琪，蘇麗娟

（1 北京航空航天大學儀器科學與光電工程學院，北京 100191）

（2 精密光機電一體化技術教育部重點實驗室，北京 100191）

0 引言

目標輻射光波場攜帶多維信息，可以用九維函數f(x，y，z，θ，φ，λ，t，ψ，χ)表征［1-2］，其中：(x，y，z)對應目標空間位置，(θ，φ)對應目標輻射傳播方向，λ為目標輻射波長，t為輻射傳播時間，(ψ，χ)對應目標輻射偏振態。傳統光學成像獲取了目標輻射的二維空間分布f(x，y)，立體成像獲取了目標輻射的三維空間分布f(x，y，z)，光譜成像則獲取了目標輻射的二維空間分布和一維光譜信息f(x，y，λ)，進而得到感興趣目標的幾何影像及其特征光譜，可有效提高目標探測與識別能力，在天文觀測、遙感探測、農業生產、環境保護、軍事偵查、生物醫學等諸多領域具有重要應用。

光譜成像技術將目標輻射三維數據立方體f(x，y，λ)降維于面陣或線陣成像探測器上，傳統的數據立方體獲取主要有兩種模式：一種是對空間維度進行一維或者二維的光機掃描，如棱鏡色散成像光譜儀［3］，光柵衍射成像光譜儀［4］和空間調制干涉成像光譜儀［5］等；另外一種是進行光譜掃描，如濾光片型成像光譜儀［6］和時間調制干涉成像光譜儀［7］等。這兩種模式均無法實現目標輻射f(x，y，λ)的實時探測，并且在f(x，y，λ)獲取過程中，要求成像光譜儀與景物目標保持嚴格的空間位置或姿態關系，否則將影響光譜成像探測效果，限制光譜成像技術的應用范圍。快照式光譜成像技術則是通過將目標輻射f(x，y，λ)進行空譜調制，單次成像曝光即可獲得目標圖譜數據的二維調制投影數據，依據后期數據解調處理可重構目標輻射的三維數據立方體。……