傳統(tǒng)的高光譜成像系統(tǒng)采用“擺掃式”（逐點(diǎn)）或“推掃式”（逐行）掃描技術(shù)，而目前已開(kāi)發(fā)的許多“快照”系統(tǒng)采用并行采集技術(shù)同時(shí)獲取空間和光譜數(shù)據(jù)。與掃描方法相比，快照成像儀可以使用高速數(shù)據(jù)分析最小化運(yùn)動(dòng)偽影并記錄快速變化的事件。

盡管快照高光譜成像儀很受歡迎，但這些系統(tǒng)通常使用基于濾波器的光學(xué)系統(tǒng)來(lái)劃分整個(gè)場(chǎng)景的照明，降低了信噪比和成像分辨率。為了克服這個(gè)缺陷，萊斯大學(xué)（德克薩斯州休斯頓）的科學(xué)家開(kāi)發(fā)了一種迄今為止具有最高光纖數(shù)量的高光譜快照成像儀，包括一個(gè)輸入面積為6×6 mm，輸出尺寸約為25×13 mm，長(zhǎng)度為100mm的定制光纖配置。該設(shè)備稱(chēng)為T(mén)uLIPSS（可調(diào)光導(dǎo)圖像處理快照光譜儀），它可以捕獲可見(jiàn)光和近紅外光譜的數(shù)據(jù)。

分發(fā)空間信息

高光譜成像儀的輸入由90×100多芯光纖（每個(gè)光纖有36個(gè)芯，以6×6排列）組成，在輸出處具有45×200根光纖，相鄰行之間的間隙為500μm。通過(guò)將光纖束中芯的子集與小透鏡陣列或光掩模耦合，避免了多芯光纖束的重疊。

在成像設(shè)置中，在密集堆疊的光纖束的輸入端進(jìn)行場(chǎng)景采樣（見(jiàn)圖）。但是在輸出端，光纖被重新排列成行，且行間有間距（與使用單行的傳統(tǒng)光纖系統(tǒng)不同）。然后對(duì)該輸出端進(jìn)行成像，以使探測(cè)器捕獲光譜和空間內(nèi)容，所獲取的數(shù)據(jù)立方的上限僅受探測(cè)器上的像素?cái)?shù)限制。調(diào)整輸出處光纖行之間的間距即可在3D數(shù)據(jù)立方中實(shí)現(xiàn)光譜和空間采樣之間的折衷。

光纖束收集了超過(guò)30,000個(gè)空間樣本和61個(gè)光譜通道，這些通道在450-750 nm的光譜范圍內(nèi)，由棱鏡劃分并送至探測(cè)器。然后，軟件將數(shù)據(jù)重新組合成所需的圖像或光譜。

使用源自相移干涉測(cè)量的技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的空間校準(zhǔn)，使用一系列特定波長(zhǎng)濾波器和查找表來(lái)完成光譜校準(zhǔn)，從而將成像光纖與其空間像素位置相關(guān)聯(lián)。

為了進(jìn)行概念驗(yàn)證，萊斯大學(xué)的科學(xué)家分析了校園內(nèi)樹(shù)木的光譜圖像以識(shí)別其物種，并通過(guò)其光譜特征分析了各種植物的健康狀況。此外，快照成像儀捕獲了休斯頓市內(nèi)行駛車(chē)輛的連續(xù)圖像，輕松識(shí)別了行駛車(chē)輛和變化的交通燈，并且與穩(wěn)定的背景相比，圖像的模糊可忽略不計(jì)。成像分辨率和幀速率與商用光譜儀相當(dāng)，但輸出圖像尺寸僅為25.3×12.5 mm，可根據(jù)所需應(yīng)用很容易地重新配置為不同的尺寸和光纖數(shù)。