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快照式光谱成像技术有哪些类型?

发布时间:2024-03-08
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快照式光谱成像技术有哪些类型?快照式光谱成像技术光谱采集与重构过程是怎样的?下文对此作了详细的介绍,对高光谱成像知识感兴趣的朋友不妨了解一下!

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高光谱成像仪

快照式光谱成像技术的类型:

传统快照式光谱成像技术主要有以下3类:

1.基于图像分割方式的积分场(IFS)光谱成像技术、图像映射(IMS)光谱成像技术、像素级滤光(MS-PPF)光谱成像技术、结构光场(SI-LF)光谱成像技术等。其通过将像面切割成多个小块,对每一小块像面由棱镜、光栅或滤光片进行分光,然后将同一光谱通道的像面进行拼接或计算重构,得到高光谱图像;

2.基于孔径分割方式的复眼成像(MSI-TOMBO)光谱成像技术、像面分块滤光(MS-ITF)光谱成像技术、多孔径渐变滤光(SI-MALVF)光谱成像技术、多孔径傅里叶变换(SHIFT)光谱成像技术等。其通过微透镜或像移元件复制多个孔径,对每一像面利用F-P滤光片、渐变滤光片、傅里叶干涉仪或二元全息光栅在不同波段下分光成像,然后进行光谱组合或计算重构,得到高光谱图像;

3.基于光路分割方式的分束器(SI-BS)光谱成像技术、滤光片堆栈(SI-FS)光谱成像技术、图像复分(IRIS)光谱成像技术等。其通过分束器将成像光束分成多路,每一路通过不同波段的滤光片分别成像,然后进行光谱组合,得到高光谱图像。


快照式光谱成像技术光谱采集与重构过程:

传统快照式光谱成像技术相当于拓展了光谱采样单元,以空间换时间的方式增大了光谱采集效率,这使得在单位时间内入射光能量一定的情况下,到达单个探测器像元的光能量减小,从而导致信噪比下降。究其终因可以从两方面进行分析:

1、光学系统设计与探测器性能;

2、光谱图像的采集与重构方法。

探测器技术随着半导体工艺的发展,其信噪比指标必然有所改善,即使如此,随着光谱通道的增多,传统快照式光谱成像技术在光学设计及结构上将更加庞大复杂,不利于系统稳定运行。因此根本的解决方法应从光谱图像的采集与重构方式入手。

传统快照式的光谱成像技术基于奈奎斯特-香农采样定理,在空间与光谱维上进行均匀全采样,为了得到高分辨率光谱图像,需要对目标空间与光谱维度进行大规模测量。传统快照式光谱成像技术中光谱的采集与重构过程如下:

1.光谱的采集

传统光谱成像技术为了实现光谱采集,采用棱镜、光栅或窄带滤光片分光,得到一系列不同波长的窄带光谱,为了实现单次曝光采集,传统快照式光谱成像技术通过拓展采集焦面进行光谱采集,从而导致单位时间内入射至单个像素的能量小,信噪比低;

2.光谱的重构

传统光谱成像技术对空间信息与光谱信息均匀采样,忽略了目标的光谱稀疏特性,因而在满足高光谱分辨率的同时,牺牲了空间分辨率和信噪比。

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