高光譜成像掃描技術的幾種類型

高光譜成像獲取高光譜立方體的三維 ( x , y , λ ) 數據集有四種基本技術。技術的選擇取決於具體的應用，因為每種技術都有上下文相關的優點和缺點。本文主要介紹了高光譜成像掃描技術的幾種類型。

空間掃描

在空間掃描中，每個二維 (2-D) 傳感器輸出代表一個完整的狹縫光譜 ( x , λ )。用於空間掃描的高光譜成像 (HSI) 設備通過將場景的條帶投影到狹縫上並使用棱鏡或光柵分散狹縫圖像來獲得狹縫光譜。這些係統的缺點是按行分析圖像(使用推掃式掃描儀)，並且還有一些機械部件集成到光學係統中。使用這些線掃描相機，通過平台移動或掃描收集空間維度。這需要穩定的支架或準確的指向信息來“重建”圖像。盡管如此，線掃描係統在遙感中特別常見，使用移動平台是明智的。線掃描係統還用於掃描傳送帶上移動的材料。線掃描的一個特例是點掃描(使用掃帚掃描儀)，其中使用點狀孔徑而不是狹縫，並且傳感器本質上是一維的而不是二維的。

光譜掃描

在光譜掃描中，每個二維傳感器輸出代表場景的單色(“單色”)空間(x，y )地圖。用於光譜掃描的 HSI 設備通常基於光學帶通濾波器(可調或固定)。在平台保持靜止的情況下，通過一個接一個地交換過濾器來對場景進行光譜掃描。在這種“凝視”波長掃描係統中，如果場景中有運動，就會發生光譜拖尾，從而使光譜相關/檢測無效。盡管如此，還是有一個優點，即能夠挑選和選擇光譜帶，並直接表示場景的兩個空間維度。如果成像係統用在移動平台上，例如飛機，不同波長的采集圖像對應於場景的不同區域。每個圖像上的空間特征可用於重新對齊像素。

非掃描

在非掃描中，單個二維傳感器輸出包含所有空間 ( x , y ) 和光譜 ( λ ) 數據。用於非掃描的 HSI 設備立即生成完整的數據立方體，無需任何掃描。形象地說，單個快照代表數據立方體的透視投影，從中可以重建其三維結構。這些快照高光譜成像係統最突出的優勢是快照優勢(更高的光通量)和更短的采集時間。已經設計了許多係統，包括計算機斷層掃描成像光譜儀(CTIS)、纖維重新格式化成像光譜儀(FRIS)、小透鏡陣列積分場光譜儀(IFS-L)、多孔徑積分場光譜儀 (Hyperpixel Array)、圖像切片鏡積分場光譜儀(IFS-S)、圖像複製成像光譜儀 (IRIS)、濾光片疊加光譜分解 ( FSSD)、編碼孔徑快照光譜成像(CASSI)、圖像映射光譜法(IMS)和多光譜薩格納克幹涉法(MSI)。然而，計算工作量和製造成本都很高。為了減少非掃描高光譜儀器的計算需求和潛在的高成本，已經展示了基於多元光學計算的原型設備。這些設備已基於多元光學元件光譜計算引擎或空間光調製器光譜計算引擎。在這些平台中，化學信息在成像之前在光學域中計算，因此化學圖像依賴於傳統的相機係統，無需進一步計算。作為這些係統的缺點，從未獲取過光譜信息，即僅獲取化學信息，因此不可能進行後處理或再分析。

空間光譜掃描

在空間光譜掃描中，每個二維傳感器輸出表示場景的波長編碼(“彩虹色”，λ = λ ( y ))空間 ( x , y ) 地圖。該技術的原型於 2014年推出，由位於基本狹縫分光鏡(狹縫 + 色散元件)後麵某個非零距離的相機組成。通過在空間掃描係統之前放置色散元件可以獲得高級空間光譜掃描係統。可以通過相對於場景移動整個係統、單獨移動相機或單獨移動狹縫來實現掃描。空間光譜掃描結合了空間和光譜掃描的一些優點，從而減輕了它們的一些缺點。