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Imágenes hiperespectrales instantáneas

Ejemplo de un espectrómetro de imágenes hiperespectrales instantáneas.
Ejemplo de un espectrómetro de imágenes hiperespectrales de instantáneas. La escena se observa a través de una matriz de lentes . Cada lente transmite la luz que recibe a la fibra a la que está acoplada. El haz de fibras se reformatea y se alinea en la ranura de entrada de un espectrómetro de rejilla convencional , que dispersa la luz a través de la ranura de entrada hacia su detector.

La obtención de imágenes hiperespectrales instantáneas [1] es un método para capturar imágenes hiperespectrales durante un único tiempo de integración de un conjunto de detectores. Este método no implica escaneo, a diferencia de las técnicas de escaneo de barrido con movimiento circular y de barrido circular . La falta de partes móviles significa que [2] se deben evitar los artefactos de movimiento. Este instrumento normalmente cuenta con conjuntos de detectores con una gran cantidad de píxeles.

Desarrollo

Aunque la primera referencia conocida a un dispositivo de obtención de imágenes hiperespectrales instantáneas (el "rebanador de imágenes" de Bowen) data de 1938, [3] el concepto no tuvo éxito hasta que se dispuso de una mayor cantidad de resolución espacial. Con la llegada de los conjuntos de detectores de gran formato a finales de los años 1980 y principios de los años 1990, se desarrollaron una serie de nuevas técnicas de obtención de imágenes hiperespectrales instantáneas para aprovechar la nueva tecnología: un método que utiliza un haz de fibras en el plano de la imagen y reformatea las fibras en el extremo opuesto del haz para formar una línea larga, [4] ver una escena a través de una rejilla 2D y reconstruir los datos multiplexados con matemáticas de tomografía computarizada , [5] el espectrógrafo de campo integral (basado en lenslets) , [6] una versión modernizada del rebanador de imágenes de Bowen. [7] Más recientemente, varios grupos de investigación han intentado hacer avanzar la tecnología para crear dispositivos capaces de uso comercial. Estos dispositivos más nuevos incluyen el generador de imágenes HyperPixel Array, un derivado del espectrógrafo de campo integral, [8] un enfoque de filtro espectral de múltiples aperturas, [9] un enfoque basado en detección compresiva que utiliza una apertura codificada , [10] un enfoque basado en espejo microfacetado, [11] una generalización del filtro Lyot , [12] y una generalización del enfoque del filtro Bayer para el filtrado multiespectral. [13] [14]

La espectroscopia sin rendija puede considerarse una técnica básica de obtención de imágenes hiperespectrales instantáneas. La presencia de fuentes puntuales espaciadas, como un campo disperso de estrellas, es un requisito para evitar la superposición de espectros en el detector.

Aplicaciones

Cubo de datos adquirido por el Very Large Telescope.
Cubo de datos adquirido por el Very Large Telescope .

Si bien los instrumentos de instantáneas ocupan un lugar destacado en la literatura de investigación, ninguno de estos instrumentos ha tenido una amplia adopción en el uso comercial (es decir, fuera de la comunidad astronómica profesional ) debido a limitaciones de fabricación. Por lo tanto, su principal ámbito de aplicación siguen siendo los telescopios astronómicos . Una de las principales razones de la popularidad de los dispositivos de instantáneas en la comunidad astronómica es que ofrecen grandes aumentos en la capacidad de recolección de luz de un telescopio al realizar imágenes hiperespectrales. [15] [16] Las aplicaciones recientes han sido en la espectroscopia de suelos [17] y las ciencias de la vegetación. [18]

Véase también

Referencias

  1. ^ Hagen, Nathan; Kudenov, Michael W. "Revisión de tecnologías de imágenes espectrales instantáneas". Spie. Biblioteca digital . Ingeniería óptica. Archivado desde el original el 20 de septiembre de 2015. Consultado el 2 de febrero de 2017 .{{cite web}}: CS1 maint: bot: estado de URL original desconocido ( enlace )
  2. ^ Técnicas de instantáneas, Michels R. "16 Manual de componentes ópticos", Hanser Verlag 445–464 : 978-3-446-44115-6 (2014).
  3. ^ IS Bowen, "El cortador de imágenes, un dispositivo para reducir la pérdida de luz en la rendija del espectrógrafo estelar", Astrophysical Journal 88 : 113–124 (1938).
  4. ^ SC Barden y RA Wade, "DensePak e imágenes espectrales con fibra óptica", en Fibra óptica en astronomía , Astronomical Society of the Pacific Conference Series 3 : 113–124 (1988).
  5. ^ Takayuki Okamoto e Ichirou Yamaguchi, "Adquisición simultánea de información de imagen espectral", Optics Letters 16 : 1277–1279 (1991).
  6. ^ R. Bacon, G. Adam, A. Baranne, G. Courtes, D. Dubet, JP Dubois, "Espectrografía 3D a alta resolución espacial. I. Concepto y realización del espectrógrafo de campo integral TIGER", Suplemento de Astronomía y Astrofísica 113 : 347–357 (1995).
  7. ^ L. Weitzel, A. Krabbe, H. Kroker, N. Thatte, LE Tacconi-Garman, M. Cameron y R. Genzel, "3D: El espectrómetro de imágenes de infrarrojo cercano de próxima generación", Suplemento de astronomía y astrofísica 119 : 531–546 (1995).
  8. ^ Bodkin, A., Sheinis, A., Daly, J., Beaven, S., Weinheimer, J. “Imágenes hiperespectrales instantáneas: la cámara de matriz de hiperpíxeles”, Proc. SPIE, 7334-17, (2009)
  9. ^ SA Mathews, "Diseño y fabricación de un sistema de imágenes multiespectrales de bajo costo", Applied Optics 47 : F71-F76 (2008).
  10. ^ A. Wagadarikar, R. John, R. Willett y D. Brady, "Diseño de dispersor único para imágenes espectrales de instantáneas de apertura codificada", Applied Optics 47 : B44-B51 (2008).
  11. ^ L. Gao, RT Kester, TS Tkaczyk, "Microscopía de fluorescencia hiperespectral con espectrómetro de corte de imagen compacto (ISS)", Optics Express 17 : 12293-12308 (2009).
  12. ^ A. Gorman, DW Fletcher-Holmes y AR Harvey, "Generalización del filtro Lyot y su aplicación a la obtención de imágenes espectrales instantáneas", Optics Express 18 : 5602–5608 (2010)
  13. ^ N. Gupta, PR Ashe y S. Tan, "Generador de imágenes multiespectrales de instantáneas en miniatura", Ingeniería óptica 50 : 033203 (2011).
  14. ^ IJ Vaughn, AS Alenin y JS Tyo, "Ingeniería de conjuntos de filtros de plano focal I: redes rectangulares", Optics Express 25 : 10 (2017).
  15. ^ MA Bershady, "Instrumentación espectroscópica 3D", que aparecerá en 3D Spectroscopy in Astronomy, XVII Escuela de Invierno de Astrofísica de Canarias, eds. E. Mediavilla, S. Arribas, M. Roth, J. Cepa-Nogue y F. Sanchez, Cambridge University Press (2009).
  16. ^ N. Hagen, RT Kester, L. Gao y TS Tkaczyk, "Ventaja de la instantánea: una revisión de la mejora de la recolección de luz para sistemas de medición paralelos de alta dimensión", Ingeniería óptica 51 : 111702 (2012).
  17. ^ Jung, A., Vohland, M. y Thiele-Bruhn, S. "Uso de una cámara portátil para detección proximal de suelo con datos de imágenes hiperespectrales", Remote Sensing , 7 (9): 11434-11448 (2015).
  18. ^ Aasen, H., Burkart, A., Bolten, A. y Bareth, G., "Generación de información hiperespectral 3D con cámaras de instantáneas UAV livianas para monitoreo de vegetación: desde la calibración de la cámara hasta el control de calidad". ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 108: , ​​245–259 (2015).