基于光纤的TuLIPSS捕获“快照”高光谱图像

传统的高光谱成像系统采用“摆扫式”（逐点）或“推扫式”（逐行）扫描技术，而目前已开发的许多“快照”系统采用并行采集技术同时获取空间和光谱数据。与扫描方法相比，快照成像仪可以使用高速数据分析最小化运动伪影并记录快速变化的事件。

尽管快照高光谱成像仪很受欢迎，但这些系统通常使用基于滤波器的光学系统来划分整个场景的照明，降低了信噪比和成像分辨率。为了克服这个缺陷，莱斯大学（德克萨斯州休斯顿）的科学家开发了一种迄今为止具有最高光纤数量的高光谱快照成像仪，包括一个输入面积为6×6 mm，输出尺寸约为25×13 mm，长度为100mm的定制光纤配置。该设备称为TuLIPSS（可调光导图像处理快照光谱仪），它可以捕获可见光和近红外光谱的数据。

分发空间信息

高光谱成像仪的输入由90×100多芯光纤（每个光纤有36个芯，以6×6排列）组成，在输出处具有45×200根光纤，相邻行之间的间隙为500μm。通过将光纤束中芯的子集与小透镜阵列或光掩模耦合，避免了多芯光纤束的重叠。

在成像设置中，在密集堆叠的光纤束的输入端进行场景采样（见图）。但是在输出端，光纤被重新排列成行，且行间有间距（与使用单行的传统光纤系统不同）。然后对该输出端进行成像，以使探测器捕获光谱和空间内容，所获取的数据立方的上限仅受探测器上的像素数限制。调整输出处光纤行之间的间距即可在3D数据立方中实现光谱和空间采样之间的折衷。

光纤束收集了超过30,000个空间样本和61个光谱通道，这些通道在450-750 nm的光谱范围内，由棱镜划分并送至探测器。然后，软件将数据重新组合成所需的图像或光谱。

使用源自相移干涉测量的技术进行系统的空间校准，使用一系列特定波长滤波器和查找表来完成光谱校准，从而将成像光纤与其空间像素位置相关联。

为了进行概念验证，莱斯大学的科学家分析了校园内树木的光谱图像以识别其物种，并通过其光谱特征分析了各种植物的健康状况。此外，快照成像仪捕获了休斯顿市内行驶车辆的连续图像，轻松识别了行驶车辆和变化的交通灯，并且与稳定的背景相比，图像的模糊可忽略不计。成像分辨率和帧速率与商用光谱仪相当，但输出图像尺寸仅为25.3×12.5 mm，可根据所需应用很容易地重新配置为不同的尺寸和光纤数。