高光譜相機(jī)對(duì)于圖像傳感器中每個(gè)波長(zhǎng)通道使用一種類(lèi)型的光電探測(cè)器而言，所實(shí)現(xiàn)的波長(zhǎng)通道的數(shù)量通常太大。因此小編給大家解析高光譜相機(jī)幾種常用使用技術(shù)：

點(diǎn)掃描

一種可能性是使用某種光譜儀與二維掃描成像設(shè)備(掃帚掃描儀)結(jié)合使用。在任何特定時(shí)間，人們接收來(lái)自某一方向的光并記錄光譜。例如，可以使用一種簡(jiǎn)單的攝譜儀，在一維光電二極管陣列前面帶有衍射光柵。

完整的高光譜圖像需要二維掃描所有圖像方向，并且通常需要大量的采集時(shí)間。此外，入射光的使用效率非常低，并且很容易出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)偽影。

盡管該方法允許人們使用相當(dāng)傳統(tǒng)的光譜儀，但由于上述限制以及掃描光學(xué)器件(通常帶有機(jī)械部件)的需要，它并不經(jīng)常使用。

線(xiàn)掃描

線(xiàn)掃描是高光譜成像最常用的圖像采集技術(shù)。這意味著在任何時(shí)間點(diǎn)獲取一條線(xiàn)的圖像信息(推掃式掃描儀)。線(xiàn)的選擇通常是通過(guò)在圖像平面中放置光學(xué)狹縫來(lái)完成的。此外，使用衍射光柵或其他色散光學(xué)元件來(lái)在垂直于狹縫的方向上空間分離不同的波長(zhǎng)分量。然后可以將光發(fā)送到二維圖像傳感器(焦平面陣列)，其中一個(gè)方向?qū)?yīng)于空間坐標(biāo)，另一個(gè)方向?qū)?yīng)于波長(zhǎng)。人們可以使用可更換光柵來(lái)覆蓋具有不同光譜分辨率的不同光譜區(qū)域。

圖像的完成需要對(duì)所提到的狹縫、或整個(gè)成像儀器或成像對(duì)象的不同方向進(jìn)行多次這樣的記錄。例如，飛機(jī)或太空衛(wèi)星上的儀器自然會(huì)朝一個(gè)方向移動(dòng)，該方向應(yīng)垂直于圖像線(xiàn)的方向。類(lèi)似地，人們可以對(duì)正在移動(dòng)的物體進(jìn)行成像，例如沿著工廠(chǎng)的傳送帶移動(dòng)。在其他情況下，需要移動(dòng)鏡或其他類(lèi)型的掃描光學(xué)器件來(lái)對(duì)觀(guān)察方向進(jìn)行一維掃描。

與點(diǎn)掃描相比，圖像采集速度更快，并且減少了運(yùn)動(dòng)偽影的可能性。所需的焦平面陣列類(lèi)型相當(dāng)簡(jiǎn)單;它只需在整個(gè)感興趣的波長(zhǎng)范圍內(nèi)表現(xiàn)出足夠高的響應(yīng)度。在設(shè)備校準(zhǔn)中可以考慮響應(yīng)率的波長(zhǎng)依賴(lài)性。

然而，輸入光的使用并不是非常有效，因?yàn)橐淮沃荒芾脤?duì)應(yīng)于一條線(xiàn)的光。

光譜掃描

本質(zhì)上可以通過(guò)將可調(diào)諧光學(xué)帶通濾波器集成到相機(jī)中來(lái)實(shí)現(xiàn)高光譜成像。然后一次記錄一個(gè)波長(zhǎng)槽的圖像，并將來(lái)自許多此類(lèi)記錄的數(shù)據(jù)組合到高光譜立方體中。盡管可以始終利用所有圖像方向的光，但在任何時(shí)候僅使用很小的光譜槽，因此光利用效率與線(xiàn)掃描同樣低。此外，實(shí)現(xiàn)高光譜分辨率的可調(diào)諧帶通濾波器并不容易。

或者，可以使用波長(zhǎng)可調(diào)照明，例如利用光學(xué)參量振蕩器。每次圖像曝光都是針對(duì)一個(gè)波長(zhǎng)進(jìn)行的，并且使用不同波長(zhǎng)的多次曝光可提供高光譜圖像。

光譜掃描的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是可以使用傳統(tǒng)的成像儀器。例如，人們可以為顯微鏡配備合適的濾光片來(lái)執(zhí)行高光譜顯微鏡檢查。

光譜掃描的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠以任意順序記錄不同波長(zhǎng)通道的圖像。換句話(huà)說(shuō)，不必每次都記錄完整的高光譜立方體，而是可以根據(jù)具體的成像目的和情況選擇波長(zhǎng)。例如，人們可以定期僅使用一組有限的波長(zhǎng)進(jìn)行操作，并且僅在某些情況下(例如，當(dāng)檢測(cè)到某些感興趣的物體時(shí))以不同的波長(zhǎng)獲取圖像。

空間光譜掃描

空間光譜掃描是空間掃描和光譜掃描的一種混合，其中二維圖像傳感器的每次記錄都代表高光譜立方體的對(duì)角線(xiàn)切片。雖然傳感器上的一個(gè)空間坐標(biāo)僅對(duì)應(yīng)于一個(gè)空間坐標(biāo)，但第二個(gè)坐標(biāo)是波長(zhǎng)編碼的。完成高光譜立方體需要進(jìn)行一維掃描。

快照成像

特別是對(duì)于天文學(xué)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，有效利用入射光至關(guān)重要。因此，非常希望通過(guò)使用某種快照成像來(lái)避免任何空間或光譜掃描。為此目的已經(jīng)開(kāi)發(fā)出大量不同的技術(shù)方法，并且所有這些方法都導(dǎo)致相對(duì)復(fù)雜且昂貴的技術(shù)設(shè)置。

僅舉一個(gè)例子，人們可以將場(chǎng)景成像到光纖束的輸入，該光纖束的制作使得輸出光纖沿一條線(xiàn)排列。(還有其他光學(xué)裝置可以進(jìn)行此類(lèi)圖像切片。)然后，可以在垂直于線(xiàn)的方向上分散不同的波長(zhǎng)分量，并將光發(fā)送到二維圖像傳感器，或者如果需要的話(huà)發(fā)送到多個(gè)傳感器大量像素。從這個(gè)意義上說(shuō)，其工作原理與上面解釋的線(xiàn)掃描儀非常相似。然而，人們可以一次處理一張完整的圖像。高數(shù)值孔徑和高纖芯面積比的光纖束對(duì)于高效的集光至關(guān)重要。

雖然所解釋的方法需要復(fù)雜的光學(xué)元件，但它可以很自然地提供高光譜立方體數(shù)據(jù)。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了其他方法，其中需要采用復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理算法來(lái)獲取此類(lèi)數(shù)據(jù)。