高光谱成像的原理是通过收集目标物体辐射的光波，经过狭缝增强准直后，照射在分光元件上，分光元件在垂直方向上按光谱色散，再被图像传感器接收并成像。因此，分光元件对高光谱相机来说，是一个非常重要的部分。

高光谱相机示意图

        通过整理目前高光谱相机领域的各种技术路线，按照滤光片的不同，可以分为可调谐滤光片高光谱相机、楔形滤光片型高光谱相机和滤光片轮高光谱相机。

可调谐滤光片高光谱相机

        采用可调谐滤光片作为分光元件的高光谱相机，被称为可调谐滤光片高光谱相机，其调谐方式有声光、MEMS和液晶三种，因此又被分为声光可调谐滤光片高光谱相机、MEMS可调谐FP腔滤光片高光谱相机和液晶可调谐滤光片高光谱相机。

可调谐液晶滤光片

楔形滤光片型高光谱相机

        楔形滤光片型高光谱相机因能够在空间区和光谱区进行连续的测量取样，也被称为渐变滤光片型高光谱相机。

线性渐变滤光片结构及分光示意图

        楔形滤光片型高光谱相机的滤光片是一个楔形的多层薄膜介质，被安装在紧靠二维光电二极管阵列的位置，这样就能使渐变滤光片的某一光谱带对应上光电二极管阵列的部分象元。根据渐变滤光片与对应的光电二极管阵列象元的信号输出关系，又可以将渐变滤光片型高光谱相机分为线阵渐变和面阵渐变滤光片型高光谱相机。

滤光片轮高光谱相机

        滤光片轮高光谱相机的分光元件是一个滤光片轮，该滤光片轮可以转动，在转动的过程中，就可以获得不同波段的光谱图像，进而实现对复色光进行分光处理。滤光片轮还可以进行更换，根据不同观测波段的需求来更换不同的滤光片轮，可以更加灵活的应对不同光谱波段观测需求。另外，滤光片轮高光谱相机的光路结构也更为简单。

滤光片轮

        不过，随着探测波段的宽度越来越宽，滤光片轮高光谱相机需要不停地更换滤光片轮。而且在一些宽光谱、高分辨率的探测需求中，滤光片轮高光谱相机已经无法满足需求。目前，滤光片轮高光谱相机更多被应用在多光谱探测领域。

微型光谱仪新思路---量子点光谱仪

        传统光谱仪采用了高精度的机械和光学器件，往往造价昂贵、结构复杂、体积笨重，极大地限制了其应用范围。量子点是一种无机材料，稳定性非常高，其半径与激子玻尔半径相近，又被称为纳米晶。

近红外量子点光谱仪原理图

        各种不同的量子点聚集在一起，就可以同时探测不同的波段，这就是量子点光谱仪的研制原理。量子点光谱仪的体积更小，是微型光谱仪的发展方向。

高光谱相机的研发方向

        目前，采用滤光片作为分光元件的高光谱相机，在光谱分辨率方面与光栅色散高光谱相机相比，还有较大的差距。不过，随着镀膜型高光谱相机的能量利用率和光谱分辨率的提高，特别是镀膜技术和量子点材料的不断进步，研发成本也会进一步降低。

        此外，滤光片与探测器的结合，也可以提升光谱相机的光谱分辨率，理论上，其精度甚至可以和光栅色散分光相比拟。镀膜型高光谱相机的发展方向正是滤光片与探测器晶圆的结合。总而言之，滤光片型高光谱相机将促进高光谱成像进入一个全新的发展轨道，这不单单是指技术方面，还包括应用方面。