采用数字微镜获得多目标辐射谱的方法

　　引 言

　　作为人们研究和获取目标三维信息(二维空间信息和一维光谱信息)的主要手段，成像光谱技术自从十九世纪八十年代就已经在远程传感应用上显示了广阔的应用前景[1]，对一幅图像中一个像素点进行光谱测量可获得足够的信息数据立方体(Data cube)，这些数据块提供了目标源内部的有关特性。传统色散成像光谱仪必须通过某种形式的扫描来获得目标数据块(x，y，λ)，例如，掸扫式 (Whiskbroom )扫描(例：Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer (AVIRIS))或者推帚式(Pushbroom)扫描(例：HyperspectralDigital Imagery Collection experiment (HYDICE))[ 2, 3]。另外，傅里叶变换成像光谱仪在出口处使用了焦平面阵列(FPA - focal plane array)，但仍需要通过改变麦克尔逊干涉仪的两臂的光程差来实现扫描。尽管这些数据采集方法对静态或近似静态目标来说是可行的，但采集动态目标时扫描图像会产生人为假影。对掸扫式和推帚式扫描成像光谱仪来说，景像移动易产生空间人为误差;而对多光谱型光谱仪来说，景像移动易产生光谱特征误差。

　　本文提出的方法借助于成像光谱技术对同时获得空间二维分布多个目标的成像光谱进行初步研究，实验在非扫描的情况下进行，而且不需要专门为系统设计光谱仪。关键光学系统是两个特殊设计的柱面透镜，将二维分布(xy)图像压缩至一维分布(x=x0，y)成像，使得多个目标可以同时进入光谱仪的狭缝，经闪耀光栅衍射得到二维分布(λ，y)成像光谱图像。

　　1 多目标成像光谱仪(MOIS)原理

　　成像光谱仪获得的是三维数据集合，包含二维空间信息(X 和 Y)和一维光谱信息(波长 λ)，此三维数据集合通常被称为数据立方体(Data cube)。传统的光谱仪必须对某一维(X,Y 或 λ)进行扫描才能获得完整的数据立方体。滤光片型成像光谱仪采用相机加滤光片的方案，在 λ 维需进行扫描;色散型成像光谱仪通过色散元件将景物目标每一点的光谱曲线投射到探测器的一列像元上，通过空间扫描的方式获取整幅景物目标的光谱图像，即数据立方体;干涉成像光谱仪通过景物目标的干涉图抽取目标上所有采样点的点干涉曲线，对点干涉曲线进行逆 Fourier 变换便可得到该点的光谱曲线，也需要通过改变两臂的光程差来扫描获得数据立方体。层析(CT)是由低维投影数据重构高维目标的一项新技术。与前面介绍的色散和干涉型成像光谱仪不一样的是，CT 成像光谱仪通过探测景物数据立方体不同方向的投影图像，然后由这些投影图像重构出景物数据立方体。典型 CT 重构算法[4, 5]正是基于由 Radon 变换和 Fourier变换的关系得出的中心切片理论(Central Slice Theorem)，只有进行扫描才能获得完整的成像光谱。新型系统[6, 7]以及本实验系统则不是基于上述算法，且无需扫描。运动目标的高信噪比、高速成像只能通过非扫描方式来实现，非扫描成像光谱仪能在每个立方体素( x， y， λ)内获得最充分探测时间[8]。