解析高光谱相机几种工作模式

高光谱相机对于图像传感器中每个波长通道使用一种类型的光电探测器而言，所实现的波长通道的数量通常太大。因此小编给大家解析高光谱相机几种常用使用技术：

点扫描

一种可能性是使用某种光谱仪与二维扫描成像设备(扫帚扫描仪)结合使用。在任何特定时间，人们接收来自某一方向的光并记录光谱。例如，可以使用一种简单的摄谱仪，在一维光电二极管阵列前面带有衍射光栅。

完整的高光谱图像需要二维扫描所有图像方向，并且通常需要大量的采集时间。此外，入射光的使用效率非常低，并且很容易出现运动伪影。

尽管该方法允许人们使用相当传统的光谱仪，但由于上述限制以及扫描光学器件(通常带有机械部件)的需要，它并不经常使用。

线扫描

线扫描是高光谱成像最常用的图像采集技术。这意味着在任何时间点获取一条线的图像信息(推扫式扫描仪)。线的选择通常是通过在图像平面中放置光学狭缝来完成的。此外，使用衍射光栅或其他色散光学元件来在垂直于狭缝的方向上空间分离不同的波长分量。然后可以将光发送到二维图像传感器(焦平面阵列)，其中一个方向对应于空间坐标，另一个方向对应于波长。人们可以使用可更换光栅来覆盖具有不同光谱分辨率的不同光谱区域。

图像的完成需要对所提到的狭缝、或整个成像仪器或成像对象的不同方向进行多次这样的记录。例如，飞机或太空卫星上的仪器自然会朝一个方向移动，该方向应垂直于图像线的方向。类似地，人们可以对正在移动的物体进行成像，例如沿着工厂的传送带移动。在其他情况下，需要移动镜或其他类型的扫描光学器件来对观察方向进行一维扫描。

与点扫描相比，图像采集速度更快，并且减少了运动伪影的可能性。所需的焦平面阵列类型相当简单;它只需在整个感兴趣的波长范围内表现出足够高的响应度。在设备校准中可以考虑响应率的波长依赖性。

然而，输入光的使用并不是非常有效，因为一次只能利用对应于一条线的光。

光谱扫描

本质上可以通过将可调谐光学带通滤波器集成到相机中来实现高光谱成像。然后一次记录一个波长槽的图像，并将来自许多此类记录的数据组合到高光谱立方体中。尽管可以始终利用所有图像方向的光，但在任何时候仅使用很小的光谱槽，因此光利用效率与线扫描同样低。此外，实现高光谱分辨率的可调谐带通滤波器并不容易。

或者，可以使用波长可调照明，例如利用光学参量振荡器。每次图像曝光都是针对一个波长进行的，并且使用不同波长的多次曝光可提供高光谱图像。

光谱扫描的一个主要优点是可以使用传统的成像仪器。例如，人们可以为显微镜配备合适的滤光片来执行高光谱显微镜检查。

光谱扫描的另一个优点是能够以任意顺序记录不同波长通道的图像。换句话说，不必每次都记录完整的高光谱立方体，而是可以根据具体的成像目的和情况选择波长。例如，人们可以定期仅使用一组有限的波长进行操作，并且仅在某些情况下(例如，当检测到某些感兴趣的物体时)以不同的波长获取图像。

空间光谱扫描

空间光谱扫描是空间扫描和光谱扫描的一种混合，其中二维图像传感器的每次记录都代表高光谱立方体的对角线切片。虽然传感器上的一个空间坐标仅对应于一个空间坐标，但第二个坐标是波长编码的。完成高光谱立方体需要进行一维扫描。

快照成像

特别是对于天文学应用来说，有效利用入射光至关重要。因此，非常希望通过使用某种快照成像来避免任何空间或光谱扫描。为此目的已经开发出大量不同的技术方法，并且所有这些方法都导致相对复杂且昂贵的技术设置。

仅举一个例子，人们可以将场景成像到光纤束的输入，该光纤束的制作使得输出光纤沿一条线排列。(还有其他光学装置可以进行此类图像切片。)然后，可以在垂直于线的方向上分散不同的波长分量，并将光发送到二维图像传感器，或者如果需要的话发送到多个传感器大量像素。从这个意义上说，其工作原理与上面解释的线扫描仪非常相似。然而，人们可以一次处理一张完整的图像。高数值孔径和高纤芯面积比的光纤束对于高效的集光至关重要。

虽然所解释的方法需要复杂的光学元件，但它可以很自然地提供高光谱立方体数据。已经开发了其他方法，其中需要采用复杂的数据处理算法来获取此类数据。