快照式高光谱成像仪有什么特点？

什么是快照式高光谱成像仪？快照式高光谱成像仪无需扫描，能够一次性获取目标物体包括一维光谱信息在内的全部信息。该类仪器系统内部不存在移动部件或其他动态调节组件，抗干扰能力强，且成像速度快。那么，快照式高光谱成像仪有什么特点？本文对快照式高光谱成像仪的特点做了介绍。

快照式高光谱成像仪的类型：

快照式高光谱成像仪主要的实现方式是将目标物体的三维数据立方体以降维的方式呈现在探测器上，然后再利用重建算法将探测器上得到的数据还原成目标物体的空间和光谱信息。目前该类仪器研究的方向主要有计算光谱成像、基于微透镜阵列以及计算层析型高光谱成像等三大类。

1.计算光谱成像

计算光谱成像技术是快照式光谱成像技术的一种，计算光谱成像通过特殊的编码方式对目标的光谱信息进行调制，然后利用探测器采集编码后的图像数据，再通过计算重建算法来恢复出目标的光谱信息和空间图像信息。这种成像方式可以在一次曝光中获取到包含光谱信息的图像数据，避免了传统扫描式成像的时间延迟，适用于对快速变化的目标进行高光谱成像。例如，采用数字微镜器件（DMD）等空间光调制器来实现光谱编码，通过控制DMD的微镜状态，对不同波长的光进行不同的调制，从而在探测器上形成编码图像。

2.基于微透镜阵列成像

基于微透镜阵列的快照式高光谱成像仪通常由微透镜阵列、光谱滤波器和探测器阵列等组成。微透镜阵列将入射光聚焦到探测器阵列上的不同位置，每个微透镜对应一个特定的光谱通道，通过在微透镜后面设置不同中心波长的光谱滤波器，使得不同波长的光被引导到不同的探测器像素上，从而实现同时采集多个波长的光谱信息。这种成像仪结构相对简单，能够实现较高的空间分辨率和光谱分辨率，并且可以在一次曝光中获取到完整的高光谱图像。

3.计算层析型高光谱成像

计算层析型高光谱成像技术借用计算机断层扫描的原理，与成像光谱技术相结合。它将经探测系统视场光阑的目标看成是一个具有二维空间信息和一维光谱信息的数据立方体，先利用成像系统记录数据立方体在不同方向上的投影图像，然后再利用CT重建算法重建出三维数据立方体。计算层析型高光谱成像仪按照工作模式的不同分为光栅型层析成像光谱仪和棱镜型层析成像光谱仪，前者采用3个呈60°夹角交叠的一维光栅色散目标图像，后者通过绕光轴旋转直视棱镜获取多个方向的投影。

快照式高光谱成像仪的特点：

1.成像速度快：通过一次拍照即可获取目标二维空间和一维光谱的全部信息，能在瞬间获得整个视场范围内的高光谱图像，例如有的仪器可在1/1000秒内获得整个高光谱立方体数据，适用于对快速运动目标的成像或实时监测场景。

2.避免运动伪影：由于是瞬时成像，不像传统的推扫式、摆扫式成像仪那样需要进行多次扫描，因此可以很大程度上避免因目标运动或平台抖动而产生的运动伪影，简化了图像操作，减少了图像处理时间，也提高了高光谱数据的信噪比。

3.结构紧凑轻便：设计通常较为紧凑，体积小、重量轻，易于集成和携带，例如手持式快照式高光谱成像仪，方便在不同场景下移动使用，适用于机载、车载、手持式等多种应用模式。

4.数据获取效率高：可一次性完成图像信息和多个光谱信息的获取，无需像其他一些成像仪那样通过扫描或滤光片切换等方式逐步获取数据，减少了数据获取的复杂操作，提高了工作效率。

5.可同时获取空间和光谱信息：能像其他高光谱成像仪一样，提供目标的三维数据立方体，包含空间维（x，y）数据和光谱维（λ）数据，为后续分析提供丰富的信息，可用于目标识别、分类、物质成分分析等多种应用。

不过，快照式高光谱成像仪也存在一些局限性，如光谱分辨率相对传统高光谱成像仪可能不高，获取的图像空间分辨率较低、图像马赛克现象明显，数据的解码速度较慢等。