快照式高光譜成像儀有什么特點？它有哪三大類？

高光譜成像儀按照其成像方式的不同，可分為掃描型和快照式兩大類。其中快照式高光譜成像儀無需掃描，能夠一次性獲取目標物體包括一維光譜信息在內的全部信息。該類儀器系統內部不存在移動部件或其他動態調節組件，抗干擾能力強，且成像速度快，因此適用于移動速度較快的目標物體，并且可以達到實時監測的目的。那么，快照式高光譜成像儀有什么特點？它有哪三大類？本文為大家做了介紹。

快照式高光譜成像儀的特點：

高光譜成像儀按照其成像方式的不同，可分為掃描型和快照式兩大類。其中快照式高光譜成像儀無需掃描，能夠一次性獲取目標物體包括一維光譜信息在內的全部信息。該類儀器系統內部不存在移動部件或其他動態調節組件，抗干擾能力強，且成像速度快，因此適用于移動速度較快的目標物體，并且可以達到實時監測的目的。

快照式高光譜成像儀最大的特點就是成像速度很快，能夠一次性獲取目標空間的全部信息，達到實時監測的目的。由于該儀器的成像方式是非掃描型的，因此其系統內部不存在移動部件或其他動態調節組件，體積小，重量輕，抗干擾能力強，提高了系統檢測的準確性。綜合以上特點，可以發現快照式高光譜成像儀可以很好的克服掃描型高光譜成像儀存在的問題，包括成像速度，檢測的穩定性等問題。但是快照式高光譜成像儀目前也存在很多研究的瓶頸問題，包括硬件系統的設計及裝配（各部分光路的位置關系以及性能是否匹配等），成像速度的進一步提高，復雜數據的解析等等。

快照式高光譜成像儀的類別：

快照式高光譜成像儀主要的實現方式是將目標物體的三維數據立方體以降維的方式呈現在探測器上，然后再利用重建算法將探測器上得到的數據還原成目標物體的空間和光譜信息。目前該類儀器研究的方向主要有計算光譜成像、基于微透鏡陣列以及計算層析型高光譜成像等三大類。

1）計算光譜成像

計算光譜成像技術是快照式光譜成像技術的一種，該類技術與傳統色散型高光譜成像技術有相似之處，但與之相比，其獨特之處在于引入了特殊形式的二維編碼模板。計算光譜成像技術利用二維編碼模板對目標物體二維空間信息進行調制，利用色散元件對一維光譜信息進行重新分布，而后利用壓縮感知原理對由探測器獲得的二維混疊圖像進行數據重建，最終得到目標物體的三維數據立方體。

計算機光譜成像系統主要由成像透鏡、二維編碼模板、準直透鏡、色散元件、再成像透鏡以及CCD等組成。目標物體經過成像透鏡成像于二維編碼模板處，二維編碼模板對目標物體二維空間信息進行調制，經調制后的信息經準直鏡準直后到達色散元件處，色散元件對一維光譜信息進行重新分布，發生色散后的光線經再成像透鏡聚焦在探測器平面上，最終得到經編碼、調制后的二維混疊圖像。由于該類儀器用編碼模板取代了狹縫，因此其較傳統色散型高光譜成像儀而言，提高了系統的光通量、光譜分辨率和信噪比。

2）基于微透鏡陣列成像

基于微透鏡陣列的快照式高光譜成像儀，其結構遵循分光瞳（光瞳，即孔徑光闌的像）的思想，該類儀器最突出的特點就是通過前置望遠系統將目標物體的入射光轉化成平行光后均勻的分散到微透鏡陣列的每一個子透鏡上。該技術原理簡單，實現方式眾多，例如Michael W.Kudenov等人提出的利用旋轉威爾遜棱鏡與微透鏡陣列相互配合，最終獲取等光程差間距的干涉序列圖像；2011年 Robert T.Kester等人提出的首先利用圖像映射器將目標物體全部信息傳遞給分光棱鏡組、再利用微透鏡陣列將分光后的信息聚焦于探測器上，最終得到目標三維信息。

3）計算層析型成像（CTIS）

計算層析型成像光譜（CTIS）技術產生于20世紀90年代，該技術將計算機斷層掃描技術應用于光譜成像技術中，將目標圖像的數據立方體視作三維物體，沿著一個或者多個方向投影到探測器上，再根據數據立方體與獲得的投影圖像之間的關系，選擇合適的重建算法重構出目標物體的三維數據立方體。計算層析成像光譜儀系統內部無運動部件，性能穩定，具有全視場性，能夠保證較高的光通量及光能利用率，能夠快速環境，因此具有很高的研究價值。準確地獲取目標物體的二維空間信息和一維光譜信息，并且能夠適用于各類檢測。