光谱滤波阵列助力无透镜快照高光谱成像

高光谱成像系统旨在捕获包含每个空间位置光谱信息的三维空间光谱图像立方体。这使得通过光谱指纹检测和分类不同的材料属性成为可能，而光用彩色照相机是看不到光谱指纹的。高光谱成像技术在工业中已得到应用，从农业作物监测到医学诊断、显微镜和食品质量分析。然而，传统的高光谱扫描成像仪由于速度慢而难以大范围应用。虽然存在快照技术，但通常局限于大而笨重的体积或具有低的空间光谱分辨率。

       近日，加州大学伯克利分校电子工程与计算机科学系Kristina Monakhova等人提出了一种用于快照高光谱成像技术的新颖的，紧凑的，低廉的计算相机。该光谱相机结合了彩色滤光片阵列和无透镜成像技术。该系统由直接放置在图像传感器上的平铺光谱滤波器阵列和靠近传感器的扩散器组成。实验中，每个点都映射到光谱滤波器阵列上的一个独特的伪随机模式，该模式对多路空间光谱信息进行编码。通过求解稀疏约束逆问题，研究人员恢复了亚超像素分辨率的高光谱体。作者表示该高光谱成像技术框架是灵活的，可设计为连续或非连续的光谱滤波器，对给定的应用场景选择一个特定的应用模式。最后，研究人员建立了一个原型机并演示了复杂空间光谱场景的重构，在64个光谱波段上实现了高达0.19超像素的空间分辨率。总之，该研究为系统设计提供理论，此外演示一个原型装置，并提供高空间光谱分辨率的实验结果。相关研究工作发表在《Optica》上。（丁雷）

文章链接：Kristina Monakhova et al, Spectral DiffuserCam: lensless snapshot hyperspectral imaging with a spectral filter array.Optica(2020). https://doi.org/10.1364/OPTICA.397214