20 世纪 70 年代初成像光谱技术起步并快速发展。自从美国加州理学院提出成像 光谱仪概念之后，多光谱成像技术迅猛发展。之后，加拿大、法国和德国等也相继投 入大量精力进行成像光谱仪器的研发工作。68512

目前国内外的多光谱成像仪器在结构上主要分为成像镜头、光学分光器件和图像 传感器。按照同时获得谱段的多少主要分为单通道分探测法和多通道瞬时探测法两大 类[7]。

1 单通道分时探测法

传统的多光谱相机多采用单通道分时探测的方法，采用单镜头配合单图像传感器 的工作方式，每次曝光只能获得目标信息的单个谱段。最简单的就是彩色相机，包含 红绿蓝三个通道，在拍摄时在镜头前面分别放上红、绿或者蓝色滤光片便可以开始信 息采集，而后发展起来通过增加滤光片的波段便得到了如图 1.1 所示的滤光片轮旋转 式多光谱相机，这便是目前市场上应用比较普遍且相对成熟的产品。美国海洋薄膜公 司的 SpectroCamTM 系列就是采用滤光片轮旋转式的多光谱相机，是世界上第一款完 全覆盖紫外波段到近红外波段的多光谱成像系统[8]。

图 1.1 滤光片轮片旋转式多光谱相机

Solid State Scientific 公司的以 VNIR CTHIS 为代表的系列产品，采用旋转棱镜分 光的方式得到 64 个谱段的光谱信息，光谱范围覆盖 400~900nm[11]。

近年来发展起来的还有可调谐滤光片，如 LCTF 和 AOTF，也属于单通道瞬时探 测法。基于液晶可调谐滤光片的多光谱成像仪，是一种滤光片型成像光谱仪，它的成 像原理类似于卡片旋转式多光谱相机，通过变换镜头前滤光片的通光波段来获得不同 波段下的图像。只是此光谱成像仪分光元件是 LCTF，它以电调谐的工作方式来改变 通过它的中心波长，每调整一次中心波长相机曝光一次，得到不同波段下的图像[12]。 武汉大学设计一套工作于可见和近红外的 AOTF 显微光谱成像系统，AOTF 滤光频率论文网

切换响应时间小于 50s ，空间分辨率为1.5 ~ 2m [13]。单通道分时探测方法特点很突

出，光谱分辨率较高，能够达到10-2 nm ，而且谱段范围很宽，能够覆盖紫外到近红外 的所有谱段，但是部分分光元件结构复杂，机械结构精度要求高，光谱图像分时获取，

无法实时获取，限制了该技术的推广与发展。

2 多通道瞬时探测法

多通道瞬时探测法一般是由多镜头配合多图像传感器进行工作，多个通道中分别 配备独立的分光元件或光学滤光元件，能够同时获得目标信息的多个谱段的光谱图 像，解决了单通道分时探测法分时获取多光谱图像以及不能探测动态目标的问题。

刚开始基于多通道瞬时探测方法的多光谱成像系统采用的设计思想是给每个波 段分配独立的探测通道，每个独立的通道再采用类似于单通道探测的方法将采集到的 图像进行阵列排布，最后通过系统整合来实现多通道同时成像。美国 Tetracam 公司的 MCA 系列 4-CCD 多光谱成像系统分别在 4 个镜头和 4 个 CCD 间放置窄带滤光片， 光谱通道分别为 450nm、550nm、650nm 和 800nm。中科院上海技术物理研究所的由 4 台 CCD 构成的多光谱成像系统中滤光片分别安置在各平行光路中，然后置于物镜之 前。但此类阵列排布设计的方法一般工作在四个谱段，谱段数目不宜过多；系统内部 采用单通道的工作方式，体积庞大，不易操作和携带；图像信息也存在空间错位，需 要校准工作[14]。