傳統的高光譜成像系統采用“擺掃式”(逐點)或“推掃式”(逐行)掃描技術,而目前已開發的許多“快照”系統采用并行采集技術同時獲取空間和光譜數據。與掃描方法相比,快照成像儀可以使用高速數據分析最小化運動偽影并記錄快速變化的事件。
盡管快照高光譜成像儀很受歡迎,但這些系統通常使用基于濾波器的光學系統來劃分整個場景的照明,降低了信噪比和成像分辨率。為了克服這個缺陷,萊斯大學(德克薩斯州休斯頓)的科學家開發了一種迄今為止具有最高光纖數量的高光譜快照成像儀,包括一個輸入面積為6×6 mm,輸出尺寸約為25×13 mm,長度為100mm的定制光纖配置。該設備稱為TuLIPSS(可調光導圖像處理快照光譜儀),它可以捕獲可見光和近紅外光譜的數據。
分發空間信息
高光譜成像儀的輸入由90×100多芯光纖(每個光纖有36個芯,以6×6排列)組成,在輸出處具有45×200根光纖,相鄰行之間的間隙為500μm。通過將光纖束中芯的子集與小透鏡陣列或光掩模耦合,避免了多芯光纖束的重疊。
在成像設置中,在密集堆疊的光纖束的輸入端進行場景采樣(見圖)。但是在輸出端,光纖被重新排列成行,且行間有間距(與使用單行的傳統光纖系統不同)。然后對該輸出端進行成像,以使探測器捕獲光譜和空間內容,所獲取的數據立方的上限僅受探測器上的像素數限制。調整輸出處光纖行之間的間距即可在3D數據立方中實現光譜和空間采樣之間的折衷。
光纖束收集了超過30,000個空間樣本和61個光譜通道,這些通道在450-750 nm的光譜范圍內,由棱鏡劃分并送至探測器。然后,軟件將數據重新組合成所需的圖像或光譜。
使用源自相移干涉測量的技術進行系統的空間校準,使用一系列特定波長濾波器和查找表來完成光譜校準,從而將成像光纖與其空間像素位置相關聯。
為了進行概念驗證,萊斯大學的科學家分析了校園內樹木的光譜圖像以識別其物種,并通過其光譜特征分析了各種植物的健康狀況。此外,快照成像儀捕獲了休斯頓市內行駛車輛的連續圖像,輕松識別了行駛車輛和變化的交通燈,并且與穩定的背景相比,圖像的模糊可忽略不計。成像分辨率和幀速率與商用光譜儀相當,但輸出圖像尺寸僅為25.3×12.5 mm,可根據所需應用很容易地重新配置為不同的尺寸和光纖數。
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原文標題:【高光譜成像】基于光纖的TuLIPSS捕獲“快照”高光譜圖像
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