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光譜成像技術(shù)如何分類？

2018年09月20日 10:42

　　【中國儀器網(wǎng) 解決方案】光譜成像技術(shù)，有時又稱成像光譜技術(shù)，融合了光譜技術(shù)和成像技術(shù)，交叉涵蓋了光譜學(xué)、光學(xué)、計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)和精密機(jī)械等多種學(xué)科，能夠同時獲得目標(biāo)的兩維空間信息和一維光譜信息。

　　光譜成像技術(shù)發(fā)展到今天，出現(xiàn)的光譜成像儀的種類和數(shù)量己經(jīng)具有較大規(guī)模，因而可以從光譜分辨率、信息獲取方式(掃描方式)、分光原理和重構(gòu)理論等不同的視角對光譜成像技術(shù)進(jìn)行分類。

　　基于光譜分辨率分類

　　光譜成像技術(shù)針對光譜分辨能力的不同，可分為多光譜(Multi-spectral)，高光譜(Hyper- spectral)以及超光譜(Ultra-spectral)。多光譜的譜段數(shù)一般只有幾十個，高光譜的譜段數(shù)可達(dá)到幾百個，而超光譜一般指譜段數(shù)上千個。

　　基于信息獲取方式分類

　　光譜成像儀需要對三維“數(shù)據(jù)立方”進(jìn)行探測，而現(xiàn)今的探測器多能進(jìn)行二維探測。要想獲得完整的三維數(shù)據(jù)，理論上至少需增加一維的空間掃描或光譜掃描。光譜成像技術(shù)獲取圖譜信息的主要方式有：揮掃式(Whiskbroom )、推掃式(Pushbroom)、凝視式(Staring)以及快照式(Snapshot)。

　　揮掃式成像光譜儀的光譜成像系統(tǒng)只對空間中某點(diǎn)進(jìn)行光譜探測，通過沿軌和穿軌兩個方向掃描獲取完整的二維空間信息。、

　　推掃式光譜成像系統(tǒng)探測空間中一維線視場的光譜，通過沿軌方向(Y方向)掃描實(shí)現(xiàn)二維空間信息的獲取，芬蘭國立技術(shù)研究中心實(shí)驗(yàn)室研制的AISA就是典型的推掃式成像光譜儀。

　　凝視式光譜成像系統(tǒng)可對固定窗口目標(biāo)成像，采用濾光的方式分離并獲取不同波段的圖像信息，再將不同波段的圖像堆疊成“數(shù)據(jù)立方”。該類成像光譜儀實(shí)際上是采用光譜維掃描的方式實(shí)現(xiàn)圖譜“數(shù)據(jù)立方”的獲取。

　　快照式是一種新興的圖譜信息獲取方式，它不需掃描便可獲取三維圖譜信息。快照式光譜成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式主要有三種：一種是視場分割三維成像的方式，利用玻璃堆進(jìn)視場分割，再利用分光器件將三維信息展開到二維平面進(jìn)行面探測；第二種是計算層析的方式，利用正交光柵等分光器件將三維信息層析投影到二維平面，再利用算法重構(gòu)三維圖譜；第三種是孔徑編碼計算光譜成像的方式，通過孔徑編碼的形式引入計算維，再進(jìn)行分光得到編碼的混合圖譜信息，后通過計算解碼重構(gòu)三維信息的孔徑編碼計算成像技術(shù)。

　　基于分光原理分類

　　進(jìn)入光譜成像系統(tǒng)的圖像信號均為復(fù)色光，要想探測每個像素的光譜信息需對復(fù)色信號分光。按照分光原理來劃分，成像光譜技術(shù)可分為三類：色散型(dispersive )，濾光片型(filtering)和干涉型(interferometric)。

　　色散型分光技術(shù)主要包括棱鏡分光和光柵分光兩種。棱鏡分光是利用材料對不同波長的光折射率不同將復(fù)色光在主截面內(nèi)散開；光柵分光則是利用衍射的原理將復(fù)色光在主截面內(nèi)散開。

　　濾光片型成像光譜儀技術(shù)采用濾光片作為分光器件，其種類形式多樣，如濾光片輪、濾光片陣列、線性漸變?yōu)V光片、光楔濾光片等；另外還有兩種經(jīng)典的調(diào)諧型濾光器，聲光可調(diào)諧濾光片(AOTF)和液晶可調(diào)諧濾光片(LCTF)。經(jīng)濾光片濾光，探測器獲得的每幀圖像為準(zhǔn)單色圖，通過變換濾光片或調(diào)諧濾光獲取完整的“數(shù)據(jù)立方”。

　　干涉型成像光譜技術(shù)也稱作傅里葉變換光譜成像技術(shù)，通過探測目標(biāo)的干涉圖并利用傅里葉變換計算獲得光譜信息。干涉型成像光譜技術(shù)按照探測模式可分為三類：一是時間調(diào)制型，其主要的結(jié)構(gòu)原型是Michelson干涉儀，利用動鏡掃描干涉實(shí)現(xiàn)光譜信息的相干探測。二是空間調(diào)制型，其典型的結(jié)構(gòu)是以Sagnac干涉儀(三角共光路)系統(tǒng)，利用空域的干涉圖獲得光譜信息，此類干涉型光譜儀有狹縫，不需要動鏡掃描。三是時空混合調(diào)制型，其典型的結(jié)構(gòu)有三角共路系統(tǒng)和雙折射晶體偏振干涉系統(tǒng)，這類系統(tǒng)既無狹縫又無動鏡，通過推掃實(shí)現(xiàn)全部空間的干涉圖樣獲取。干涉型成像光譜技術(shù)按有無運(yùn)動裝置可分為靜態(tài)型和動態(tài)型，其中時間調(diào)制型為動態(tài)，空間調(diào)制型和時空混合調(diào)制型為靜態(tài)。

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