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快照式高光谱成像仪有什么特点?它有哪三大类?

发布时间:2023-03-28
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​高光谱成像仪按照其成像方式的不同,可分为扫描型和快照式两大类。其中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,因此适用于移动速度较快的目标物体,并且可以达到实时监测的目的。那么,快照式高光谱成像仪有什么特点?它有哪三大类?本文为大家做了介绍。

高光谱成像仪按照其成像方式的不同,可分为扫描型和快照式两大类。其中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,因此适用于移动速度较快的目标物体,并且可以达到实时监测的目的。那么,快照式高光谱成像仪有什么特点?它有哪三大类?本文为大家做了介绍。

三恩时高光谱成像仪

快照式高光谱成像仪的特点:

高光谱成像仪按照其成像方式的不同,可分为扫描型和快照式两大类。其中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,因此适用于移动速度较快的目标物体,并且可以达到实时监测的目的。

快照式高光谱成像仪最大的特点就是成像速度很快,能够一次性获取目标空间的全部信息,达到实时监测的目的。由于该仪器的成像方式是非扫描型的,因此其系统内部不存在移动部件或其他动态调节组件,体积小,重量轻,抗干扰能力强,提高了系统检测的准确性。综合以上特点,可以发现快照式高光谱成像仪可以很好的克服扫描型高光谱成像仪存在的问题,包括成像速度,检测的稳定性等问题。但是快照式高光谱成像仪目前也存在很多研究的瓶颈问题,包括硬件系统的设计及装配(各部分光路的位置关系以及性能是否匹配等),成像速度的进一步提高,复杂数据的解析等等。


快照式高光谱成像仪的类别:

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,该类技术与传统色散型高光谱成像技术有相似之处,但与之相比,其独特之处在于引入了特殊形式的二维编码模板。计算光谱成像技术利用二维编码模板对目标物体二维空间信息进行调制,利用色散元件对一维光谱信息进行重新分布,而后利用压缩感知原理对由探测器获得的二维混叠图像进行数据重建,最终得到目标物体的三维数据立方体。

计算机光谱成像系统主要由成像透镜、二维编码模板、准直透镜、色散元件、再成像透镜以及CCD等组成。目标物体经过成像透镜成像于二维编码模板处,二维编码模板对目标物体二维空间信息进行调制,经调制后的信息经准直镜准直后到达色散元件处,色散元件对一维光谱信息进行重新分布,发生色散后的光线经再成像透镜聚焦在探测器平面上,最终得到经编码、调制后的二维混叠图像。由于该类仪器用编码模板取代了狭缝,因此其较传统色散型高光谱成像仪而言,提高了系统的光通量、光谱分辨率和信噪比。

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,其结构遵循分光瞳(光瞳,即孔径光阑的像)的思想,该类仪器最突出的特点就是通过前置望远系统将目标物体的入射光转化成平行光后均匀的分散到微透镜阵列的每一个子透镜上。该技术原理简单,实现方式众多,例如Michael W.Kudenov等人提出的利用旋转威尔逊棱镜与微透镜阵列相互配合,最终获取等光程差间距的干涉序列图像;2011年 Robert T.Kester等人提出的首先利用图像映射器将目标物体全部信息传递给分光棱镜组、再利用微透镜阵列将分光后的信息聚焦于探测器上,最终得到目标三维信息。

3)计算层析型成像(CTIS)

计算层析型成像光谱(CTIS)技术产生于20世纪90年代,该技术将计算机断层扫描技术应用于光谱成像技术中,将目标图像的数据立方体视作三维物体,沿着一个或者多个方向投影到探测器上,再根据数据立方体与获得的投影图像之间的关系,选择合适的重建算法重构出目标物体的三维数据立方体。计算层析成像光谱仪系统内部无运动部件,性能稳定,具有全视场性,能够保证较高的光通量及光能利用率,能够快速环境,因此具有很高的研究价值。准确地获取目标物体的二维空间信息和一维光谱信息,并且能够适用于各类检测。

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