摘要：高光譜(pu)相機可將成像(xiang)技術(shu)與光譜(pu)探(tan)測技術(shu)相結合，在對目標空間(jian)(jian)特征成像(xiang)的(de)同(tong)時(shi)(shi)，可以(yi)對每個(ge)空間(jian)(jian)像(xiang)元形(xing)成多個(ge)窄(zhai)波段(duan)實(shi)現連(lian)續(xu)的(de)光譜(pu)覆(fu)蓋，不(bu)同(tong)光譜(pu)信息能充分反(fan)映地物(wu)內部的(de)物(wu)理結構、化學成分的(de)差(cha)異。與傳(chuan)統(tong)的(de)空間(jian)(jian)二維成像(xiang)相比，高光譜(pu)相機可以(yi)同(tong)時(shi)(shi)獲取目標的(de)空間(jian)(jian)和光譜(pu)信息，在一(yi)定的(de)空間(jian)(jian)分辨率下，能夠(gou)獲取寬譜(pu)段(duan)范圍內地物(wu)的(de)(de)(de)連續特征光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)，對地物的(de)(de)(de)精(jing)準識別和探測具有顯著優勢，目前已成(cheng)為對地遙(yao)感(gan)重要的(de)(de)(de)前沿技術手段(duan)，在(zai)農、林(lin)、水(shui)、土、礦等資(zi)源調查與環境監(jian)測等領域具有重要的(de)(de)(de)應(ying)用價值。隨(sui)著濾(lv)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)片(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)鍍膜技術的(de)(de)(de)飛速發展(zhan)(zhan)，促(cu)進了濾(lv)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)片(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)分(fen)(fen)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)型(xing)(xing)高(gao)(gao)(gao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)相(xiang)機(ji)的(de)(de)(de)研制(zhi)，目前基于濾(lv)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)片(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)分(fen)(fen)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)原理(li)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)相(xiang)機(ji)以大幅寬、高(gao)(gao)(gao)空間分(fen)(fen)辨(bian)率、高(gao)(gao)(gao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)分(fen)(fen)辨(bian)率和輕小型(xing)(xing)的(de)(de)(de)優勢成(cheng)為高(gao)(gao)(gao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)遙(yao)感(gan)載(zai)荷(he)的(de)(de)(de)重要組(zu)成(cheng)部分(fen)(fen)，在(zai)微納(na)衛星(xing)高(gao)(gao)(gao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)星(xing)座組(zu)網(wang)中獲得(de)廣泛應(ying)用。主(zhu)要對濾(lv)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)片(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)分(fen)(fen)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)型(xing)(xing)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)相(xiang)機(ji)進行(xing)了綜述，介(jie)紹了國內外典型(xing)(xing)濾(lv)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)片(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)分(fen)(fen)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)型(xing)(xing)星(xing)載(zai)高(gao)(gao)(gao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)成(cheng)像(xiang)載(zai)荷(he)，以及地面在(zai)研的(de)(de)(de)濾(lv)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)片(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)分(fen)(fen)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)型(xing)(xing)高(gao)(gao)(gao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)成(cheng)像(xiang)系(xi)統，并分(fen)(fen)析(xi)了這些系(xi)統的(de)(de)(de)技術方案(an)、性(xing)能指標及應(ying)用前景，闡述了基于濾(lv)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)片(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)分(fen)(fen)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)原理(li)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)相(xiang)機(ji)的(de)(de)(de)技術特點和優缺(que)點，最后展(zhan)(zhan)望了濾(lv)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)片(pian)(pian)(pian)(pian)(pian)分(fen)(fen)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)型(xing)(xing)高(gao)(gao)(gao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)相(xiang)機(ji)的(de)(de)(de)發展(zhan)(zhan)趨勢。

0引言

高光(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)(pu)相機又稱(cheng)為(wei)高光(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)(pu)成(cheng)(cheng)像(xiang)光(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)(pu)儀(yi)，是集光(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)(pu)采(cai)集和(he)(he)目標(biao)(biao)成(cheng)(cheng)像(xiang)于一(yi)體的探(tan)測設備(bei)，利用成(cheng)(cheng)像(xiang)光(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)(pu)技術(shu)能夠在連續光(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)(pu)波段上(shang)對同一(yi)目標(biao)(biao)進(jin)行光(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)(pu)成(cheng)(cheng)像(xiang)，完成(cheng)(cheng)對該目標(biao)(biao)空間(jian)、輻射和(he)(he)光(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)(pu)三(san)重信息的整合(he)，提升(sheng)了目標觀(guan)測的信息維度。目前，高(gao)(gao)光譜(pu)相機已(yi)廣泛應用于資源(yuan)普查、環境監(jian)測、防御等多個領域。根據分(fen)光原理(li)的不同(tong)，現有(you)的高(gao)(gao)光譜(pu)相機主要分(fen)為三類：色散(san)型、干涉型和(he)濾光片型。色散(san)型高(gao)(gao)光譜(pu)相(xiang)機(ji)一般先利用(yong)色散元件(光(guang)柵(zha)或者棱鏡)進行分光，再經(jing)由成像系(xi)統成像在探測器上(shang)；干涉(she)(she)型高光譜(pu)相機主要是(shi)利用干涉(she)(she)圖與光譜(pu)圖之(zhi)間的(de)對(dui)應關(guan)系(xi)，借助干涉(she)(she)儀(yi)來(lai)測量譜(pu)線元的(de)干涉(she)(she)強度，并對(dui)干涉(she)(she)圖進行逆(ni)傅里葉變換得到(dao)目標的光(guang)(guang)譜(pu)圖；濾光(guang)(guang)片(pian)型高光(guang)(guang)譜(pu)相機(ji)則是在成像光(guang)(guang)路中加入濾光(guang)(guang)片(pian)進行分光(guang)(guang)，根據濾光(guang)(guang)片(pian)的不同，濾光(guang)(guang)片(pian)型高光(guang)(guang)譜(pu)相機(ji)又可(ke)(ke)以細分為旋(xuan)轉濾光(guang)(guang)片(pian)型、楔形濾光(guang)(guang)片(pian)型、可(ke)(ke)調諧濾光(guang)(guang)片(pian)型和量子點濾光(guang)(guang)片(pian)型。圖1所示為前(qian)三(san)種(zhong)濾光(guang)片高光(guang)譜(pu)相機(ji)(ji)的(de)(de)原理(li)示意圖(tu)。基(ji)(ji)于濾光(guang)片型的(de)(de)高光(guang)譜(pu)相機(ji)(ji)具有系(xi)統結構形式(shi)簡單、體積小、質量輕(qing)、空間分(fen)辨率高、靈活(huo)性好等優點。近年來，隨著鍍膜技術和(he)商業(ye)高光(guang)譜(pu)遙感的(de)(de)發(fa)展(zhan)，基(ji)(ji)于鍍膜型的(de)(de)高光(guang)譜(pu)相機(ji)(ji)也得(de)以迅(xun)速(su)發(fa)展(zhan)，文中將對各種(zhong)基(ji)(ji)于濾光(guang)片型高光(guang)譜(pu)相機(ji)(ji)的(de)(de)原理(li)、發(fa)展(zhan)現(xian)狀(zhuang)以及(ji)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢進行(xing)詳細闡述。

1旋(xuan)轉濾光片型高(gao)光譜相機

濾光片輪高光譜相機的結(jie)構如圖2所示，它是(shi)以濾光(guang)(guang)(guang)片(pian)(pian)(pian)(pian)輪(lun)為(wei)分(fen)光(guang)(guang)(guang)元件，通過(guo)轉(zhuan)動(dong)濾光(guang)(guang)(guang)片(pian)(pian)(pian)(pian)輪(lun)獲得不(bu)同(tong)波段(duan)的光(guang)(guang)(guang)譜(pu)圖像(xiang)(xiang)，從而完成復色(se)光(guang)(guang)(guang)到單色(se)光(guang)(guang)(guang)的分(fen)光(guang)(guang)(guang)。濾光(guang)(guang)(guang)片(pian)(pian)(pian)(pian)輪(lun)通常是(shi)將一組具有不(bu)同(tong)波長(chang)透過(guo)率的窄(zhai)帶(dai)濾光(guang)(guang)(guang)片(pian)(pian)(pian)(pian)固定在輪(lun)式結構(gou)上(shang)(shang)，每曝光(guang)(guang)(guang)一次(ci)采用一個(ge)濾光(guang)(guang)(guang)片(pian)(pian)(pian)(pian)。控(kong)制(zhi)濾光(guang)(guang)(guang)片(pian)(pian)(pian)(pian)輪(lun)的旋(xuan)轉(zhuan)速度，使其轉(zhuan)動(dong)頻(pin)(pin)率與傳(chuan)感器采樣頻(pin)(pin)率同(tong)步，從而保(bao)證每個(ge)濾光(guang)(guang)(guang)片(pian)(pian)(pian)(pian)對應的譜(pu)段(duan)都能(neng)在傳(chuan)感器上(shang)(shang)成像(xiang)(xiang)。

濾光(guang)片輪高光(guang)譜(pu)(pu)相(xiang)機的(de)關鍵器(qi)件是濾光(guang)片輪，可以根據觀(guan)測波段的(de)不同替(ti)換(huan)相(xiang)應譜(pu)(pu)段范(fan)圍的(de)濾光(guang)片輪，光(guang)路結(jie)構(gou)簡單，譜(pu)(pu)段更換(huan)靈活。但是由于光(guang)譜(pu)(pu)通道之間(jian)的(de)切換(huan)需(xu)要(yao)依(yi)靠輪式結(jie)構(gou)的(de)轉(zhuan)動(dong)來(lai)完成，旋轉(zhuan)結(jie)構(gou)帶來(lai)的(de)振動(dong)對成像質(zhi)量影(ying)響較為明顯，成像所需(xu)曝光(guang)時間(jian)較長；且(qie)單次曝光(guang)只能獲得光譜范圍的圖像，光譜響應曲線是離散的，無法獲取連續譜段的圖像，存在實時性的問題；同時濾光片輪上各個濾光片的共面情況以及厚度均勻性也會帶來成像模糊等問題。除此之外，隨著光譜成像技術的發展，探測波段數目越來越多，濾光片輪已無法滿足寬譜段高分辨率的觀測，因此越來越多地被用于多光譜探測中。1994年(nian)，美國成功發射了(le)對月探(tan)測衛星Clementine，該衛星的(de)有效載荷：UV/VIS相機(ji)、NIR相(xiang)機(ji)和HIRES相機(ji)都用到了濾光輪(lun)，覆蓋波段及濾光輪(lun)的相關參數如表1所示。

美(mei)國航(hang)空航(hang)天(tian)局研制的JWST，其上搭載的MIRI中波(bo)紅外相機-光譜儀(yi)和NIRSpec近紅外多目標光譜儀都用到了濾光輪(lun)。NIRSpec將濾光(guang)輪(lun)與光(guang)柵(zha)輪(lun)進(jin)行組(zu)合使用(yong)，其中濾光(guang)輪(lun)的主要(yao)作用(yong)是將光(guang)波分

解為不同組分(fen)，再結(jie)合光柵輪進行(xing)更為精細的光譜分(fen)析。圖(tu)3為(wei)NIRSpec所用濾光(guang)輪的示意圖，該濾光(guang)輪覆蓋(gai)光(guang)譜范圍為0.6~5μm，主要由四個邊緣濾(lv)光(guang)片、兩(liang)個不同譜(pu)段的(de)(de)條(tiao)帶濾(lv)光(guang)片、一個用于(yu)(yu)捕獲目標的(de)(de)透明濾(lv)光(guang)片以及一個用于(yu)(yu)在軌(gui)校準的(de)(de)反射鏡組成。

MIRI也是(shi)JWST的主要載(zai)荷之(zhi)一，MIRI主要由成像儀(yi)和兩個光(guang)譜儀(yi)SPO、SMO組(zu)成，負責(ze)在5~28μm的中(zhong)紅外波(bo)段(duan)內(nei)進行成(cheng)像及中(zhong)低(di)分(fen)辨率(lv)的光譜(pu)分(fen)析。濾光輪在MIRI中主(zhu)要起(qi)連(lian)通成像、光譜的作用。如圖4所示，該濾(lv)光輪主(zhu)要分為18個(ge)(ge)通道，包括(kuo)十個(ge)(ge)成(cheng)像(xiang)濾光(guang)片、四個(ge)(ge)日冕濾光(guang)片、一個(ge)(ge)中密度濾光(guang)片、一個(ge)(ge)雙(shuang)棱鏡、一個(ge)(ge)透(tou)鏡、一個(ge)(ge)與棱鏡配重的明暗位置。

Euclid是歐(ou)洲航天局目前在(zai)研的衛星之一，預計發(fa)射(she)至(zhi)第(di)二(er)個(ge)拉(la)格朗(lang)日點，該衛星的主要(yao)任務是在(zai)五年(nian)之內完(wan)成對(dui)整個(ge)河外星系暗(an)弱目標的探(tan)測，有(you)效載荷(he)主要(yao)為(wei)一個(ge)成像儀(yi)器和(he)一個(ge)光譜(pu)儀(yi)器，其中(zhong)光譜(pu)儀(yi)器采用由四(si)個(ge)濾(lv)光片構成的濾(lv)光輪進(jin)行(xing)分光，主要(yao)負責(ze)近(jin)紅外波段的探(tan)測，其中(zhong)每個(ge)濾(lv)光片有(you)8.5°的(de)傾斜，防止(zhi)在探(tan)測器上形(xing)成鬼像(xiang)，圖5為該(gai)光(guang)譜儀中濾光(guang)輪(lun)的早期設(she)計模(mo)型。

2可調諧濾光片(pian)型(xing)高光譜相機

可(ke)調(diao)諧濾(lv)光片高光譜相機以可(ke)調(diao)諧濾(lv)光片為分光元件，根據調(diao)諧方式的(de)不同主要分為液晶可(ke)調(diao)諧濾(lv)光片(Liquid Crystal Tunable Filter,LCTF)高光譜相(xiang)機和聲光可調(diao)諧濾光片(pian)(Acousto-Optic Tunable Filter，AOTF)高光譜相機(ji)。

2.1液(ye)晶可調諧(xie)濾光片(pian)型高光譜相機(ji)

如圖6所示，液晶(jing)可調諧濾光片高光譜相機(ji)主要利用(yong)LCTF技術進行分光。LCTF是以液晶的電控雙(shuang)折射效應為原理(li)進行研制的，它由(you)多(duo)組平行排(pai)列的Lyot型濾光片(pian)級聯而成，如圖7所示，為一級(ji)Lyot濾光片的原理示意(yi)圖，每一級Lyot濾光片都是(shi)通過在兩個平行(xing)的偏振片之間填充(chong)液晶(jing)層和石英晶(jing)體(ti)來(lai)實現對波長的調制。

當某一波長的光(guang)經過第一個偏振(zhen)(zhen)片后會變(bian)成線偏振(zhen)(zhen)光(guang)，線偏振(zhen)(zhen)光(guang)進入液晶層時會發生雙折(zhe)射現象，產生一束尋(xun)常光(guang)(o光)和非常光(e光(guang))，它們的(de)傳播(bo)方(fang)向相(xiang)(xiang)同，但傳播(bo)速度不同，因此經(jing)過(guo)液晶(jing)層后的(de)出射光會產生相(xiang)(xiang)位(wei)差，相(xiang)(xiang)位(wei)差由公(gong)式(1)給出：

式中：d為液晶層(ceng)的厚度；?n為液晶對波長(chang)λ為(wei)的(de)(de)光的(de)(de)等(deng)效(xiao)雙折射(she)率(lv)，且?n依賴于波長λ、溫(wen)度T和(he)施加(jia)電(dian)壓(ya)V。

經過(guo)第(di)二個偏振片后，兩束光發生干(gan)涉，通(tong)過(guo)單極Lyot結(jie)構的透過率(lv)由公式(shi)(2)給出(chu)：

若通過(guo)控制電壓使(shi)每一級Lyot的光程差是前一級的二倍，即δn+1=2δn，則N級(ji)Lyot濾光片級聯的透過率為：

溫度一定(ding)時，LCTF的透射率函數僅(jin)依賴于波長和電壓(ya)，利用晶(jing)體(ti)的光電效應，通過對液(ye)晶(jing)層(ceng)施加(jia)外(wai)部電壓(ya)，可以實現(xian)對波長的選擇透過性。

LCTF型(xing)高光(guang)譜相(xiang)機主要通過電壓調(diao)制透(tou)過的波(bo)長，可以實現任意寬波(bo)段范圍內的快速調(diao)制，相(xiang)比于濾光(guang)輪(lun)型(xing)高光(guang)譜相(xiang)機，其(qi)無需輪(lun)式機構，避免了(le)微振動等(deng)的影響，且其(qi)具有原(yuan)理(li)簡單、體積(ji)小、能耗低(di)等(deng)優勢，在(zai)當前輕小型(xing)衛星有效載(zai)荷中(zhong)占有地位。LCTF型高光譜相機的視場(chang)角一般較小，適合對(dui)采樣目標進行(xing)小(xiao)視場范圍的光(guang)譜成像。

值得注意的是，LCTF作為核心(xin)分光(guang)元(yuan)件，其本身(shen)存(cun)在光(guang)譜透(tou)過率(lv)低(di)的問題(ti)，直(zhi)接限制了LCTF成像(xiang)光譜儀的(de)光譜檢(jian)測(ce)能力(li)；此外，液晶的(de)折射率受(shou)溫(wen)度影響(xiang)較(jiao)大，中心波長隨溫(wen)度變化漂移明顯，對(dui)光譜測(ce)量精度也會產生一定的(de)影響(xiang)。

由美國噴(pen)氣推進實驗室自(zi)主研制的(de)火星車樣機(ji)FIDO上裝有(you)的(de)相機Pancam就是由一(yi)組CCD相機和LCTF構成，其中(zhong)LCTF被放在CCD相機的物方一側，主要工(gong)作(zuo)在650nm、740nm和855nm波(bo)段處(chu)，帶寬分別為18nm、25nm和28nm。

2014年(nian)，日本發(fa)射(she)了微納衛星Rising-2，主要用于觀測高(gao)分辨率積(ji)雨云場景以及高(gao)層大氣(qi)中(zhong)的精(jing)靈現(xian)象，該衛星上搭載的高(gao)精(jing)度望遠鏡HPT可能是使用LCTF技術的星載載荷。HPT的視場(chang)角為0.28°×0.21°，光譜范圍(wei)為400~1050nm，其中(zhong)LCTF僅(jin)用(yong)于近(jin)紅外波段(650~1050nm)的分光(guang)，圖(tu)8為HPT光路示(shi)意圖。

2016年，菲律賓發射的第一顆微型衛星Diwata-1上搭載的多光(guang)譜相機SMI也采用了LCTF技術(shu)，SMI所在軌道高度為400km，空間分辨率達80m，覆蓋波段為可(ke)見光(guang)波段(420~700nm)和近(jin)紅外波段(650~1050nm)，主要用于監測(ce)植被變(bian)化(hua)和菲(fei)律賓水域浮游植物生長量(liang)的(de)估測(ce)。

2.2聲光(guang)可調諧濾光(guang)片型高光(guang)譜相機

AOTF主要由聲光介質(通常(chang)為各(ge)向異性晶體)、換能器陣列(PZT)和(he)聲終端組成(cheng)。聲波屬于機械波，在介質中傳(chuan)播時(shi)(shi)會(hui)引起介質的(de)(de)(de)疏(shu)密變化，由(you)此(ci)會(hui)導致介質折射(she)率的(de)(de)(de)疏(shu)密變化，形成(cheng)以聲波波長為光(guang)(guang)柵常(chang)數的(de)(de)(de)透射(she)光(guang)(guang)柵，當光(guang)(guang)線(xian)以特定的(de)(de)(de)角(jiao)度入射(she)到聲光(guang)(guang)介質上(shang)時(shi)(shi)就會(hui)發生衍(yan)射(she)現象(xiang)，完成(cheng)復色(se)光(guang)(guang)到單色(se)光(guang)(guang)的(de)(de)(de)分光(guang)(guang)，ATOF型高光(guang)譜相機就是根(gen)據該原(yuan)理(li)進行研制的。

與LCTF型(xing)高光譜相機相比，ATOF型(xing)高光譜相(xiang)機同樣具(ju)備小型(xing)化(hua)的優勢，能夠適應機載(zai)、彈載(zai)等多類搭載(zai)環境。AOTF型高光(guang)譜相機(ji)的(de)波長(chang)調諧范圍取決(jue)于聲光(guang)晶體(ti)的(de)通(tong)光(guang)譜段，盡管常用的(de)氧化碲(TeO2)晶體能(neng)夠覆蓋0.2~4.5μm的波長范圍，但是往(wang)往(wang)會受到(dao)超聲換(huan)能器的帶寬影響，使其波長調控(kong)范圍被限制在一(yi)個(ge)倍程(λ~2λ)，因(yin)此，在(zai)調控范圍(wei)的靈活(huo)性方(fang)面，LCTF技術更具(ju)備(bei)競(jing)爭力。

2003年6月(yue)，歐洲太(tai)空局發射的“火星快車”上搭載(zai)的SPICAM高光譜相機用于(yu)紫外和紅外波段的探測(ce)，其中紅外通道就采用了(le)微型(xing)AOTF近紅外光譜(pu)成像儀，主要通(tong)過在TeO2晶體上施(shi)加聲(sheng)波，實(shi)現了在1.1~1.7μm波段內的分光。

2006年(nian)4月，抵(di)達金(jin)(jin)星的(de)金(jin)(jin)星快車也(ye)應用了(le)近紅外AOTF光(guang)譜儀，光(guang)譜范圍為0.65~1.7μm，光譜分(fen)辨率優(you)于1nm。

2013年，我國發射(she)的“嫦娥三號(hao)”月球著陸車(che)上搭載的凝(ning)視型高光譜相機(ji)VNIS也采用了AOTF的分光(guang)原理，圖9所示為AOTF設(she)計示意圖。

VNIS的光譜(pu)范(fan)圍為0.45~2.4μm，可見(jian)光波段的視場角為6°×6°，近紅外波段的視(shi)場角為3°×3°，VNIS使用40~180MHz的連續(xu)可(ke)調射頻(pin)頻(pin)率，在(zai)450~950nm波(bo)段實(shi)現了低于8nm的光譜分辨率(lv)，在900~2400nm波段實現了低(di)于12nm的(de)光譜分(fen)辨率(lv)，為月(yue)面巡視礦物組成析提供了科學探測數(shu)據，是(shi)我(wo)國該類技(ji)術的(de)空間應用。

3 楔(xie)形濾光片型高(gao)光譜相機

楔形濾光片型高光譜(pu)相機也被(bei)稱為(wei)漸(jian)變濾光片型高光譜(pu)相機，可(ke)以實現在光譜(pu)區和空間區的(de)連(lian)續(xu)取樣，它的(de)設計(ji)理念是將(jiang)一個楔形多層薄膜介(jie)質(zhi)作為(wei)濾光片，并將(jiang)其安裝在緊靠著二(er)維陣(zhen)列(lie)探測器(qi)的(de)位置(zhi)，使探測器(qi)的(de)若干(gan)像元與漸(jian)變濾光片的(de)某一光譜(pu)帶相互對應，圖10為(wei)楔形(xing)濾光片諧振層厚度調制示意圖。漸變(bian)濾光片型高光譜(pu)相機多(duo)以推掃成像(xiang)(xiang)為(wei)主，推掃的(de)方(fang)向與波長漸變(bian)方(fang)向一致(zhi)，通(tong)過掃描(miao)可(ke)以獲(huo)得(de)被測(ce)目標(biao)的(de)完整數據，像(xiang)(xiang)面上(shang)對應(ying)的(de)就是全部工作(zuo)波段。

漸變濾光片是一(yi)種特(te)殊的法布里-珀(po)羅 (FabryPerot，F-P) 光學諧振器，具(ju)有波(bo)(bo)長漸變、通道可(ke)選、性能(neng)穩(wen)定(ding)等(deng)(deng)優點，其鍍(du)層呈(cheng)楔子狀，改變諧振層的(de)厚度，漸變濾(lv)光片的(de)中心波(bo)(bo)長也會隨之(zhi)改變。由于漸變濾(lv)光片不同中心波(bo)(bo)長所對應的(de)膜(mo)層厚度變化較緩，會帶(dai)來膜(mo)系結構復雜、層數(shu)較多等(deng)(deng)問題，但是近年來隨著鍍(du)膜(mo)工藝(yi)水平的(de)提(ti)高，漸變濾(lv)光片的(de)光譜透過率可(ke)以達到 70%，光譜分辨(bian)率能達(da)到(dao) 1％。

根據漸(jian)變濾(lv)光(guang)片各波段與探測器(qi)像元之間的(de)(de)對(dui)應關系，漸(jian)變濾(lv)光(guang)片高光(guang)譜相機又可以分為(wei)線(xian)性漸(jian)變型和濾(lv)光(guang)片陣列型，下面將針對(dui)兩種形式(shi)的(de)(de)高光(guang)譜相機的(de)(de)發展現(xian)狀進行具體(ti)介紹。

3.1 線性(xing)漸變(bian)濾光(guang)片型(xing)高光(guang)譜(pu)相機

線(xian)性漸變濾光片 (Linear Variable Filter, LVF) 是一(yi)種特(te)殊的濾(lv)光(guang)片(pian)，其光(guang)譜特(te)性(xing)會隨位(wei)置(zhi)線(xian)性(xing)變(bian)(bian)化(hua)，能夠將入射的復色光(guang)分解成與濾(lv)光(guang)片(pian)位(wei)置(zhi)相關(guan)的光(guang)譜。線(xian)性(xing)漸變(bian)(bian)濾(lv)光(guang)片(pian)有帶(dai)通、高通、低通等(deng)類(lei)型，成像光(guang)譜儀中常用(yong)的線(xian)性(xing)漸變(bian)(bian)濾(lv)光(guang)片(pian)一(yi)般(ban)是基(ji)于多光(guang)束干涉原理的 F-P 窄帶通(tong)線性(xing)漸變(bian)濾光片。

F-P 窄帶漸變(bian)(bian)濾光片通常由(you)兩(liang)個(ge)反射膜層與一個(ge)厚度(du)漸變(bian)(bian)的腔層組(zu)成，各位(wei)置(zhi)的中(zhong)心波長沿(yan)漸變(bian)(bian)方向(xiang)連(lian)續線性變(bian)(bian)化，如圖(tu) 11 所示。其峰值透射波長λ0由(you)公式 (4) 給(gei)出：

式中：n 為諧振腔層(ceng)的折射率；l 表(biao)示諧振(zhen)腔層的厚度；φ1和φ2分別為上(shang)反射(she)膜(mo)系和下反射(she)膜(mo)系的位相；k = 0,1,2,···。

線性漸(jian)變濾光(guang)片(pian)(pian)與面陣探測器(qi)共同組成線性漸(jian)變濾光(guang)片(pian)(pian)型高(gao)光(guang)譜相機，該類高(gao)光(guang)譜相機與光(guang)柵型高(gao)光(guang)譜相機相比具有光(guang)路緊湊、抗振動能力強等優勢，因此(ci)受到越來越多的關注。

2000年前后，OCLI公司推出了商品化的Micropac系(xi)列光譜儀，儀器的(de)光譜分辨率小(xiao)于 2.5% 倍的中心(xin)波長，該系列可能是使用線性(xing)漸(jian)變濾光片的高光譜相機。

2005年，印(yin)度發射的“印(yin)度迷你衛星-1”搭載了線性漸變(bian)濾光(guang)片高光(guang)譜相機，該(gai)儀(yi)器的(de)光(guang)譜范圍為400~920nm，光譜分(fen)辨率優(you)于(yu)15nm。

2015年，中國科(ke)學院(yuan)長春光學精密機(ji)械與物理研究所的(de)張(zhang)建采用雙離子束濺射物理沉積方法，修正了(le)線(xian)性漸變沉積速率，制(zhi)備了(le)高透過率、高色散(san)系數的(de)線(xian)性漸變濾光片。其(qi)工作波(bo)段(duan)為(wei)650~1050nm，各個位置的中心波長峰值透過率均達到85%以上，中心波(bo)長的線性(xing)變化(hua)率為20nm/mm。

  2016年，中國科學院(yuan)長春光(guang)學精密機械與物理研究(jiu)所的(de)于新洋(yang)將線(xian)性漸變濾(lv)光(guang)片應用在水果(guo)的(de)品(pin)質檢測研究(jiu)中，使用中心波長線(xian)性變化(hua)率為35.9nm/mm的(de)線性漸變濾(lv)光片研制了手持式近紅外品(pin)質分析儀，其工作波段為620~1080nm，光譜分辨率小于1.5%倍的中心波(bo)長。

2017年，中國科學院(yuan)長春光學精密機械與(yu)物理(li)研(yan)究所的袁境澤利用線性漸變濾光片(pian)設(she)計(ji)了(le)人體(ti)血紅蛋白無創分析儀。該分析儀的工作波段為620~1080nm，光(guang)譜(pu)分辨(bian)率(lv)小于(yu)1%倍的(de)中心波長(chang)。

2018年(nian)，丹(dan)麥發射(she)的(de)立(li)方(fang)星GOMX，其上搭載(zai)了(le)微(wei)型漸變濾(lv)光(guang)片高(gao)光(guang)譜相(xiang)機HyperScout，光譜范圍為(wei)0.4~1μm，光(guang)譜分(fen)辨率15nm，空間分辨率70m。

2018年(nian)，韓(han)國標準與(yu)科學研(yan)究院的Khaled Mahmoud在SPIE會議(yi)上介紹了其研(yan)制的緊湊型電荷耦合(he)檢測器(CCD)光譜相(xiang)機(ji)(ji)，該(gai)光譜相(xiang)機(ji)(ji)在像素數量為1280×1024、像(xiang)素尺(chi)寸為4.65μm的CCD探測器上集(ji)成了300~850nm波長的線性可(ke)變(bian)邊(bian)緣濾波片，光譜分辨(bian)率為10~20nm。

2020年，英國(guo)西蘇格蘭大(da)學的(de)Shigeng Song使用(yong)旋轉機(ji)械掩(yan)模方法(fa)和微波(bo)等離子體(ti)輔助脈(mo)沖直流反應濺射工藝實現了線性漸變(bian)濾光片的大量制(zhi)備，如圖12所示。

LVF由交替的(de)高/低折(zhe)射率材料疊層制成。在一(yi)側(ce)上沉積54個H/L交替層，H/L交替層逐(zhu)漸(jian)增(zeng)加，并(bing)在基板的另一側(ce)達(da)到110個H/L交替(ti)層。最終，該(gai)LVF可以在450~900nm的光譜范圍內(nei)實現半波寬為11.25nm的光(guang)譜分光(guang)，在中(zhong)心(xin)波(bo)長處，光(guang)譜透過率可達40%~80%，如圖13所示(shi)。該制(zhi)備工藝(yi)的(de)優勢在于可以批量制(zhi)備廉價的(de)線(xian)性漸(jian)變濾光(guang)片，推動線(xian)性漸(jian)變濾光(guang)片在無人(ren)機光(guang)譜(pu)儀等領(ling)域的(de)使用。

2020年，中國(guo)科學(xue)院長(chang)春(chun)光學(xue)精(jing)密機(ji)械(xie)與物理研究所的劉春(chun)雨團隊利用線性(xing)漸(jian)變濾光片不受(shou)狹縫(feng)限制的特點，結合數字域TDI技術，解(jie)決了星載輕(qing)小型高(gao)分(fen)辨率高(gao)光譜相(xiang)機信噪比不足的問題，研制(zhi)了一款(kuan)工作波段為(wei)0.4~1μm、地面分辨(bian)率(lv)為(wei)10m，平均光譜分(fen)辨率(lv)為(wei)8.9nm、系統總質量為7kg的輕小型星載(zai)高光譜(pu)成像(xiang)光譜(pu)儀，其原理(li)如(ru)圖14所示，探測器的P1~P3行連續成(cheng)像(xiang)多次，將多次成(cheng)像(xiang)的(de)(de)電子數相(xiang)(xiang)加可以提高(gao)圖像(xiang)信噪(zao)比。同年，該團隊又公(gong)布了使用多片漸(jian)變(bian)濾光片探(tan)測器拼接技術(shu)的(de)(de)高(gao)分辨率大幅寬高(gao)光譜相(xiang)(xiang)機，該相(xiang)(xiang)機在500km軌道處幅寬(kuan)達到了(le)150km，而(er)質量僅為9.2kg。

3.2 濾(lv)光片陣列型高光譜(pu)相機

濾光片陣列是(shi)一個由基元重復排(pai)列而成的周期結構(gou)，該基元內部(bu)可以(yi)劃分(fen)為(wei)n個區域(yu)，通過設置(zhi)每個區域(yu)的膜層厚度控制通過該(gai)區域(yu)的中心(xin)波長，將濾光片陣列與探測器像(xiang)元進行一(yi)一(yi)對(dui)應，即可實現像(xiang)素級的光譜探測，圖15為濾(lv)光(guang)片(pian)陣列的分(fen)布(bu)方式示意圖。數據采集完成后，將不同(tong)基元內(nei)部相同(tong)區域所對(dui)應的像元進(jin)行拼接處理即可得到該位置所對(dui)應的全譜(pu)段信息。

濾光片(pian)陣列高光譜(pu)相(xiang)(xiang)機在(zai)探測(ce)時要求濾光片(pian)陣列與探測(ce)器(qi)像(xiang)元相(xiang)(xiang)匹配，匹配區域過小會導致系統的對準誤(wu)差較大，對最終的光譜(pu)成像(xiang)質量(liang)產生一定影(ying)響。相(xiang)(xiang)較于傳統推掃的高光譜(pu)相(xiang)(xiang)機，該(gai)相(xiang)(xiang)機獲取光譜(pu)信息和圖像(xiang)信息的方式為(wei)凝視拍攝，可進行視頻高光譜(pu)成像(xiang)，在(zai)進行暗(an)弱目標探測(ce)、天文觀測(ce)、機載探測(ce)及安(an)防監視領域優勢(shi)較為(wei)明(ming)顯。

自2010年(nian)開(kai)始，包括(kuo)我國在內的(de)多個(ge)國家都已對(dui)其開(kai)展了深入研究并取得了顯著成果。美國海洋(yang)光學公司的(de)Jim Lane等人設計了一款基(ji)于像(xiang)素級濾光片的(de)四(si)通道、半波寬約為20nm的成像光譜儀。該光譜儀四個通道的中心波(bo)長分別(bie)750nm、772nm、802nm和834nm。濾光(guang)片物理尺(chi)寸(cun)為(wei)35mm×23mm，包含(han)875萬(3500×2500)個單獨的濾光(guang)單元(yuan)，每個濾光(guang)單元(yuan)的尺寸為(wei)10μm×10μm，每個(ge)濾(lv)光單元周圍(wei)有1μm的邊界，從而(er)形成8μm×8μm的(de)有效區域(yu)。濾光片的(de)局部區域(yu)如圖16所示。

     該(gai)光譜儀的實驗光路如圖17所示(shi)，其包含一個攝影物(wu)鏡(jing)，一個像(xiang)素級濾(lv)光片，一個中(zhong)(zhong)繼物(wu)鏡(jing)和一個全(quan)色(se)圖像(xiang)接收器。成(cheng)像(xiang)過(guo)程中(zhong)(zhong)，攝影物(wu)鏡(jing)在濾(lv)光片上(shang)形成(cheng)物(wu)體的中(zhong)(zhong)間圖像(xiang)，隨后中(zhong)(zhong)繼透鏡(jing)將(jiang)濾(lv)光片處的像(xiang)再次(ci)成(cheng)像(xiang)到全(quan)色(se)圖像(xiang)接收器上(shang)。

比利(li)時微電子(zi)研究(jiu)中心的(de)BertGeelen等(deng)人通(tong)過直接在探測(ce)器的(de)每個像(xiang)元處(chu)鍍膜實(shi)現了多光譜成像(xiang)，如圖18所(suo)示。該(gai)團(tuan)隊已實現2通(tong)道(1×2)、4通道(2×2)和16通道(4×4)鍍膜技(ji)術。這(zhe)種光譜儀具有緊湊化、低成本、高采集(ji)速度以及(ji)靈活(huo)的頻帶(dai)選擇和帶(dai)寬調(diao)整能力等優點。

佐(zuo)治亞(ya)理工學院的(de)易定(ding)容和孔令華等人通過將4通道(dao)像(xiang)素(su)級濾(lv)光(guang)片放置于探(tan)(tan)測器前(qian)方(fang)實現了多光(guang)譜(pu)探(tan)(tan)測，該光(guang)譜(pu)儀已被用(yong)于皮膚病診斷領域。該濾(lv)光(guang)片四個通道(dao)的中心波長分別為(wei)540nm、577nm、650nm和(he)970nm，半波寬(kuan)為(wei)30nm，單個濾光單元(yuan)的尺寸為20.8μm×20.8μm，物理尺寸為6.5mm×5mm，濾光單(dan)元(yuan)之間(jian)的(de)間(jian)距約為1~2μm，圖19為該濾(lv)光片(pian)的實(shi)圖。

易定(ding)容團隊利(li)用(yong)計算(suan)機控制(zhi)的二維精密平移臺和旋轉臺將像素(su)級濾光片固定(ding)在探測器前方，可實(shi)現小于1/1000rad的傾斜精度和1μm以內的偏(pian)心精(jing)度(du)，其裝置如圖20所(suo)示。

中(zhong)國科(ke)學(xue)院(yuan)長(chang)春(chun)光學(xue)精密機(ji)械與物理(li)研究(jiu)所的劉春(chun)雨和謝運強等(deng)人(ren)設計了一款16通道(4×4)像素級濾光片，半波寬約為25nm的短波(bo)紅外快照高光譜相機，所用濾光片和整機分(fen)別如圖21和圖(tu)22所示。

該光(guang)譜相(xiang)機由攝影物鏡、像素(su)級濾(lv)光(guang)片(pian)、中繼(ji)物鏡和(he)全色探測(ce)器(qi)組成，濾(lv)光(guang)片(pian)16個通道(dao)的中心波長分別為1131、1163、1199、1238、1259、1301、1339、1381、1413、1456、1495、1532、1600、1636、1669nm，共有640×512個濾光(guang)單元(yuan)，每個濾光(guang)單元(yuan)的尺寸為15μm×15μm。

4 量(liang)子(zi)點光譜儀

量子點又稱為“納米晶”，它是一種無機材料，自身穩定性高，其半徑小于大塊的激子波爾半徑。顏色是物質的本征狀態，一般來說，宏觀材料的顏色不會因材料本身形狀和體積的改變而發生變化，而量子點作為一種尺寸極小的納米材料，其顏色會因自身原子個數的增加或減少而變化，即改變量子點的形狀和大小可以調諧其吸收的光譜范圍，利用量子點對光譜的調諧特性能夠實現分光的功能。將不同尺寸的量子點集成在同一基板上，可以看作一種特殊形式的濾波器。單個量子點對透過的光波極為敏感，合理地控制量子點的大小、形狀以及排列方式，可以實現對(dui)光(guang)譜(pu)連續精確的(de)探測；將不(bu)(bu)同(tong)種類的(de)量子點(dian)集(ji)成一起，則可以實現不(bu)(bu)同(tong)波段的(de)同(tong)時探測，量子點(dian)光(guang)譜(pu)儀(yi)(Colloidal Quantum Dot Spectrometers,CQDs)就是以(yi)此(ci)為原理進(jin)行研制的，其工作原理如圖23所示。

2015年，清華(hua)大(da)學的(de)鮑(bao)捷等(deng)人提出了量子點光譜儀的概念。他們利用量子點體積微小的特點，將195種量(liang)子(zi)(zi)點集中在(zai)同(tong)一張(zhang)薄(bo)(bo)膜(mo)上(shang)，并將該薄(bo)(bo)膜(mo)與微型探測(ce)器陣列附和在(zai)一起(qi)，構成了(le)微型量(liang)子(zi)(zi)點光譜儀(yi)。理論(lun)上(shang)量(liang)子(zi)(zi)點光譜儀(yi)可以覆蓋0.2~5μm的光(guang)譜范圍，這種新型光(guang)譜儀在減小儀器體積(ji)和質量的同時并(bing)不影響光(guang)譜儀本(ben)身的分(fen)辨率和使用(yong)效(xiao)率。

2021年(nian)，李慧宇團隊(dui)針對近紅(hong)外譜段的量子點光譜儀進(jin)行了(le)(le)研究，他們選取了(le)(le)PbS和PbSe兩種材料的量子(zi)(zi)點，通(tong)過控制(zhi)交(jiao)替(ti)合成、配體交(jiao)換和陽離子(zi)(zi)交(jiao)換等關鍵參數實現(xian)了(le)這兩種量子(zi)(zi)點的光譜調諧，該團(tuan)隊采用195個量(liang)子點(dian)進行集成(cheng)，將其作為(wei)濾光元件，選用金屬氧化物半導體作為(wei)探測器，構成(cheng)了(le)近紅外量(liang)子點(dian)光譜(pu)儀，圖24所示(shi)為該團(tuan)隊研制的近紅外(wai)量子點(dian)光譜(pu)儀原理圖，其光譜(pu)范圍為0.9~1.7μm，平均(jun)光譜分(fen)辨率(lv)可(ke)達6nm。

傳統(tong)概念上(shang)的(de)光(guang)(guang)譜儀(yi)配(pei)置了(le)高精度的(de)光(guang)(guang)學和機械元件，體積(ji)笨重(zhong)、造價昂貴、結(jie)構復雜(za)，應(ying)用領域嚴(yan)重(zhong)受限(xian)，量(liang)(liang)子點光(guang)(guang)譜儀(yi)的(de)出(chu)現(xian)突破了(le)上(shang)述局限(xian)，為(wei)微(wei)型(xing)光(guang)(guang)譜儀(yi)的(de)推廣提供了(le)新(xin)思路。但由于(yu)量(liang)(liang)子點對光(guang)(guang)波(bo)的(de)調(diao)諧(xie)與濾波(bo)器(qi)類似(si)，在光(guang)(guang)譜反演時存在嚴(yan)重(zhong)的(de)噪聲問題，因此，繼(ji)量(liang)(liang)子點光(guang)(guang)譜儀(yi)出(chu)現(xian)之后(hou)也推動了(le)具有針(zhen)對性的(de)光(guang)(guang)譜重(zhong)建(jian)算法的(de)發展。

5 總(zong)結與展(zhan)望

高光譜(pu)相(xiang)機所(suo)得數據能夠同時獲取被測目(mu)標的(de)二維(wei)空間(jian)信息(xi)及一維(wei)光譜(pu)信息(xi)，可以實現對目(mu)標的(de)“指紋”探測。目(mu)前，高光譜(pu)相(xiang)機正朝

著寬譜(pu)(pu)段，高(gao)的(de)(de)空(kong)間(jian)、光(guang)(guang)譜(pu)(pu)以及時(shi)間(jian)分辨率(lv)的(de)(de)方(fang)向發(fa)展，廣泛應用于海洋科(ke)學(xue)、大(da)氣科(ke)學(xue)、農業科(ke)學(xue)等(deng)(deng)多個(ge)領域。高(gao)光(guang)(guang)譜(pu)(pu)相(xiang)機的(de)(de)分光(guang)(guang)方(fang)式(shi)直接影響到(dao)整個(ge)系(xi)統的(de)(de)性能(neng)、體(ti)積及結構(gou)的(de)(de)復雜性，文中主要針(zhen)對(dui)濾光(guang)(guang)片分光(guang)(guang)型(xing)的(de)(de)高(gao)光(guang)(guang)譜(pu)(pu)相(xiang)機進(jin)行了(le)介(jie)紹，該類型(xing)的(de)(de)高(gao)光(guang)(guang)譜(pu)(pu)相(xiang)機具有結構(gou)緊湊(cou)、光(guang)(guang)路(lu)簡單(dan)、質量輕、成(cheng)本低等(deng)(deng)優(you)勢(shi)，不同類型(xing)的(de)(de)濾光(guang)(guang)片在成(cheng)像光(guang)(guang)譜(pu)(pu)系(xi)統中的(de)(de)優(you)勢(shi)也不盡相(xiang)同.

 總的(de)(de)(de)(de)來看(kan)，濾光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)片分(fen)(fen)(fen)(fen)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)型(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)高(gao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)相(xiang)機(ji)正(zheng)處于起步階段，其(qi)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)分(fen)(fen)(fen)(fen)辨(bian)率(lv)(lv)(lv)還(huan)無法與高(gao)精(jing)度的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)柵色散(san)分(fen)(fen)(fen)(fen)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)方(fang)式(shi)相(xiang)比(bi)擬，因此(ci)提(ti)高(gao)系統(tong)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)分(fen)(fen)(fen)(fen)辨(bian)率(lv)(lv)(lv)和(he)能量利(li)用率(lv)(lv)(lv)將成(cheng)為鍍(du)(du)膜(mo)(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)高(gao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)相(xiang)機(ji)總的(de)(de)(de)(de)發展方(fang)向(xiang)，尤其(qi)是(shi)隨著鍍(du)(du)膜(mo)(mo)技術以及量子點(dian)等新材料(liao)的(de)(de)(de)(de)發展，基于鍍(du)(du)膜(mo)(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)高(gao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)相(xiang)機(ji)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)分(fen)(fen)(fen)(fen)辨(bian)率(lv)(lv)(lv)和(he)能量利(li)用率(lv)(lv)(lv)已得到了大幅提(ti)高(gao)，研(yan)發成(cheng)本也(ye)(ye)有望進一(yi)步降低；此(ci)外，濾光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)片與探測器的(de)(de)(de)(de)結合也(ye)(ye)將進一(yi)步提(ti)高(gao)系統(tong)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)分(fen)(fen)(fen)(fen)辨(bian)率(lv)(lv)(lv)，甚至可以與高(gao)精(jing)度的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)柵色散(san)分(fen)(fen)(fen)(fen)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)相(xiang)媲(pi)美，因此(ci)，濾光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)片和(he)探測器晶元的(de)(de)(de)(de)結合也(ye)(ye)是(shi)鍍(du)(du)膜(mo)(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)高(gao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)相(xiang)機(ji)的(de)(de)(de)(de)一(yi)大發展趨勢(shi)。不難看(kan)出，濾光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)片型(xing)(xing)(xing)(xing)高(gao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)相(xiang)機(ji)的(de)(de)(de)(de)發展將推動高(gao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)(pu)成(cheng)像(xiang)領域(yu)的(de)(de)(de)(de)性發展，并由此帶動微(wei)納衛星(xing)(xing)高(gao)光(guang)譜遙感技(ji)術的(de)發展，為未來微(wei)納高(gao)光(guang)譜衛星(xing)(xing)星(xing)(xing)座組網在軌(gui)業務運行，更好(hao)地服務于(yu)國民經(jing)濟奠定技(ji)術基礎。

參(can)考文獻：

[1]Wang Ying. Study of spectral imaging system based on filter[D]. Changchun: University of Chinese Academy of Sciences (Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences), 2015. (in Chinese)

[2]Sellar R G, Boreman G D. Classification of imaging spectrometers for remote sensing applications [J]. Optical Engineering, 2005, 44(1): 013602.

[3]Wang Xinquan, Huang Min, Gao Xiaohui, et al. Portable multispectral imager based on LCTF [J]. Acta Photonica Sinica,2010, 39(1): 71-75. (in Chinese)

[4]Cao Congfeng, Fang Junyong, Zhao Dong. Development of UAV-borne multispectral camera based on narrow bandwidth filter array [J]. Optical Technique, 2018, 44(1): 51-55. (in Chinese)

[5]Holmes R, U Grözinger, Krause O, et al. A filter wheel mechanism for the Euclid near-infrared imaging photometer [C]//SPIE, 2017, 7739: 856941.

[6]Liu Yinnian. Development of hyperspectral imaging remote sensing technology [J]. National Remote Sensing Bulletin,2021, 25(1): 439-459. (in Chinese)

[7]Zhao Huijie, Zhou Pengwei, Zhang Ying, et al. Acousto-optic tunable filter based spectral imaging technology [J]. Infrared and Laser Engineering, 2009, 38(2): 189-193. (in Chinese)

[8]Gao Zedong, Hao Qun, Liu Yu, et al. Hyperspectral imaging and application technology development [J]. Metrology & Measurement Technology, 2019, 39(4): 24-34. (in Chinese)

[9]Wang Jianyu, He Zhiping, Xu Rui. Application of imaging spectrum technology based on AOTF in deep-space exploration[J]. Infrared, 2013, 34(12): 1-9. (in Chinese)

[10]Yang Guowei. Research on narrow pass-band tunable filters work in broad spectral range [D]. Hangzhou: Zhejian University, 2010. (in Chinese)

[11]Puschell J J , Huang A H , Woolf H M . GWIS: Geostationary wedge-filter imager-sounder[C]//SPIE, 1999, 3756: 223-232.

[12] Li Hongbo. Study of imaging hyperspectral technique based on linear variable filter [D]. Xi’an : University of Chinese Academy of Sciences (Xi’an Institute of Optics & Precision Mechanics, Chinese Academy of Sciences), 2018. (in Chinese)

[13]Yuan Jingze. Research on noninvasive measurement of human hemoglobin by near infrared spectroscopy [D]. Changchun:University of Chinese Academy of Sciences (Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences), 2017. (in Chinese)

[14]Krasilnikova A , Piegari A , Dami M , et al. Spatially resolved spectroscopy for non-uniform thin film coatings: comparison of two dedicated set-ups[C]//SPIE, 2005, 5965: 573-580.

[15]Chen Peng, Luo Luwen, Sheng Bin, et al. Study on fabrication method of linear variable filter [J]. Optical Instruments, 2016,38(4): 308-312. (in Chinese)

[16]Yu Xinyang. Development and application of a handheld nearinfrared spectrometer based on a linear variable filter for measuring the internal quality of fruit [D].Changchun:University of Chinese Academy of Sciences (Changchun

Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences), 2016. (in Chinese)

[17]Lin Z, Anthon E W, Harrison J C, et al. Miniature spectrometer based on linear variable interference filters[C]//SPIE, 1999,3855: 42-50.

[18]Kumar A, Chowdhury A R. Hyper-spectral imager in visible and near-infrared band for lunar compositional mapping [J]. Journal of Earth System Science, 2005, 114(6): 721-724.

[19]Zhang Jian, Gao Jinsong, Li Yudong. Linear variable filter with high dispersion coefficient [J]. Optics and Precision Engineering, 2015, 23(5): 1221-1226. (in Chinese)

[20]Soukup M, Gailis J, Fantin D, et al. Hyperscout: Onboard processing of hyperspectral imaging data on a nanosatellite[C]//Small Satellites, System & Services Symposium (4S), 2016.

[21]Mahmoud K, Park S, Lee D H. Development of a new linearly variable edge filter (LVEF)-based compact slit-less minispectrometer [J]. Journal of Physics Conference Series, 2018,972(1): 012026.

[22]Song S, Gibson D, Ahmadzadeh S, et al. Low-cost hyperspectral imaging system using a linear variable bandpass filter for agritech applications [J]. Applied Optics, 2020, 59(5): A167-A175.

[23]Fan Xinghao, Liu Chunyu, Jin Guang, et al. Small and highresolution spaceborne hyperspectral imaging spectrometer [J].Optics and Precision Engineering, 2021, 29(3): 463-473. (in Chinese)

[24] Fan X, Liu C, Liu S, et al. The instrument design of lightweight and large field of view high-resolution hyperspectral camera [J].Sensors, 2021, 21(7): 2276.

[25]Tang Shaofan, Lu Zhijun, Wang Weigang, et al. Brief description of space hyperspectral imager (Invited) [J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(3): 0303003. (in Chinese)

[26]Zhao Yongqiang, Liu Xinyu, Tang Chaolong. Progress in speccc filter arrays [J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2020,57(19): 192301. (in Chinese)

[27]Eichenholz J M, Barnett N, Juang Y , et al. Real-time megapixel multispectral bioimaging [C]//SPIE, 2010, 7568: 75681L.

[28]Geelen B, Tack N, Lambrechts A. A compact snapshot multispectral imager with a monolithically integrated per-pixel filter mosaic [C]//SPIE, 2014, 8974: 89740L.

[29]D Yi, Kong L, Sprigle S, et al. Detecting early stage pressure ulcer on dark skin using multispectral imager [C]//SPIE, 2010,7560: 75600U.

[30]Yi D, Awwal A, Iftekharuddin K M, et al. Novel instrumentation of multispectral imaging technology for detecting tissue abnormity [C]//SPIE, 2012, 8498: 84980J.

[31]Xie Y, Liu C, Liu S, et al. Snapshot imaging spectrometer based on pixel-level filter array (PFA) [J]. Sensors, 2021, 21(7): 2289.

[32]Zhang J, Zhu X, Bao J. Solver-informed neural networks for spectrum reconstruction of colloidal quantum dot spectrometers[J]. Optics Express, 2020, 28(22): 33656-33672.

[33]Bao J, Bawendi M G. A colloidal quantum dot spectrometer [J].Science Foundation in China, 2015, 523(3): 67-70.

[34]Li H, Bian L, Gu K, et al. A near‐ infrared miniature quantum dot spectrometer [J]. Advanced Optical Materials, 2021, 9(15):2100376.

來(lai)源：劉(liu)春雨，丁祎，劉(liu)帥，樊星(xing)皓(hao)，謝(xie)運強 濾光(guang)片分光(guang)型高光(guang)譜相(xiang)機發展現狀及趨勢(shi) (特(te)邀)：紅外與激光(guang)工程 第51卷第一期