空间信息、光谱信息和偏振信息的同步获取将获得更多易于区分目标的特征信息。针对传统光谱偏振成像技术需要动态调制、光通量低、光谱分辨率有限和解算复杂等问题, 提出了一种基于光纤传像束和像元级偏振探测器的成像新模式, 将光纤成像光谱技术和像元级偏振信息快速提取技术结合, 以快照式方式同步获取目标的二维空间信息、一维光谱信息和四个角度的偏振信息。结合系统模型, 搭建了实验装置, 获取了 430~630nm(光谱分辨率约 1nm)的 200个谱段 4个角度的光谱偏振图像, 以及每个谱段的偏振度和偏振角。验证了该系统的光谱偏振成像数据同步获取能力, 技术原理正确可行, 未来将在天文观测、大气探测和目标识别等领域具有较高的应用价值。

针对传统光谱偏振成像需要动态调制、光通量低和光谱分辨率有限等问题,提出了基于计算光谱成像和像素级偏振探测的成像新方法,以双通道形式单次成像获取目标高分辨率的空间、光谱和偏振信息。搭建了编码孔径光谱偏振成像通道和偏振成像通道的双路实验装置,得到了450~650 nm范围内25个波段在4种偏振态下的光谱数据立方体,以及每个波段的偏振度和偏振角。所提方法的光谱分辨率优于10 nm,光谱重构精度约为86.3%,相对单路成像方法,光谱重构精度提升了10.5个百分点。

为了满足轻小型机载遥感平台对成像光谱仪高分辨率和小型化的要求，采用平场Schwarzschild 望远系统和基于凸面光栅的Offner光谱成像系统匹配的结构形式，设计了一个工作谱段为0.4~2.5 μm、相对孔径D/f′=1/3、全视场2ω=7.2°的机载高分辨率成像光谱仪光学系统。分析了Schwarzschild 望远系统和Offner 光谱成像系统的特点和像差校正方法，利用ZEMAX 光学设计软件进行了光线追迹和优化设计，给出了系统的调制传递函数曲线(MTF)和点列图，并进行了分析和评价。设计和分析结果表明，机载高分辨率成像光谱仪可以实现0.6 m 的空间分辨率和全谱段5 nm 的光谱分辨率，满足机载宽刈幅遥感成像的应用要求，光学系统结构简单紧凑，具有接近衍射极限的优良像质，易于加工和装调实现，具有较高的实际应用价值。