研究人员开发便携式高光谱相机，用于成像、研究应用

为了揭示肉眼无法观察到的细节，莱斯大学的工程师们正在建造一种便携式光谱仪，它可以安装在小型卫星上，可以在飞机或无人机上飞行，甚至有一天可以拿在手里。

生物工程师Tomasz Tkaczyk和他在莱斯大学布朗工程学院和威斯自然科学学院的同事们发表了美国宇航局资助的一个项目的首批结果，该项目旨在开发一种具有不同寻常的多功能性的小型复杂光谱仪。

光谱仪是一种仪器，它收集来自物体或场景的光，分离颜色并量化它们，以确定它所看到的化学成分或其他特征。

Rice的设备被称为可调谐光导图像处理快照光谱仪(TuLIPSS)，它将让研究人员立即捕获可见光和近红外光谱的数据，而不像目前的系统那样逐行扫描场景，然后重新组装。TuLIPSS生成的高光谱图像中的每个像素都包含光谱信息或空间信息。在这种情况下，“像素”是数千根光纤，它们是将图像组件传送到探测器的柔性光导。因为他们可以重新定位纤维，研究人员可以自定义发送到探测器的图像和光谱数据的平衡。

研究人员Tomasz Tkaczyk和今年在莱斯大学获得博士学位的Ye Wang领导了一种便携式光谱仪的开发，能够比其他基于光纤的系统更快地捕获更多的数据。TuLIPSS相机将有助于快速分析环境和生物数据。提供:杰夫·菲特洛/莱斯大学[/caption]

在目前的原型中，这些光纤在450- 750纳米范围内收集了超过30,000个空间样本和61个光谱通道——基本上是数十万个数据点——被棱镜分割成它们的组成波段，并传递给探测器。然后，探测器将这些数据点输入软件，重新组合成所需的图像或光谱。

光纤阵列在输入端紧密地排列，在输出端重新排列成可单独寻址的行，它们之间有间隙以避免重叠。Tkaczyk说，行距使研究人员能够为特定应用调整空间和光谱采样。

王叶和她的同事们煞费苦心地建造了这个原型，手工组装和定位纤维束。他们利用莱斯大学内部和周围的场景进行测试，重建建筑物的图像来微调TuLIPSS，并拍摄校园树木的光谱图像来“检测”它们的物种。他们还成功地利用光谱数据分析了各种植物的健康状况。

在莱斯大学附近的休斯顿社区连续捕捉移动交通图像，显示了TuLIPSS光谱仪如何在动态情况下过滤运动模糊。全彩视频是由设备捕获的过滤光谱数据合成的。便携式光谱仪已经证明，它能够比其他基于光纤的系统更快地捕获更多的数据。由莱斯大学现代光学仪器和生物成像实验室提供

连续捕捉休斯顿移动交通的图像显示，系统能够看到哪些光谱随着时间的推移而变化(比如移动的车辆和变化的交通信号灯)，哪些光谱是稳定的(其他一切)。这个实验是一个有用的概念证明，它展示了光谱仪在动态情况下如何过滤运动模糊。

物理学和天文学教授、莱斯太空研究所所长大卫·亚历山大(David Alexander)说，研究人员已经开始与休斯顿市和莱斯大学金德城市研究所讨论在城市空中研究中测试TuLIPSS的问题。

他说:“既然我们无论如何都需要测试TuLIPSS，我们想做一些有用的事情。”他建议城市的高光谱地图可以揭示城市景观是如何变化的，区分建筑和公园，或者绘制花粉来源。“原则上，定期在城市上空飞行将使我们能够绘制出不断变化的情况，并确定需要关注的地区。”

Tkaczyk建议，未来版本的TuLIPSS将用于农业和大气分析，藻类繁殖和其他环境条件，在这些环境条件下，快速数据采集将是有价值的。

“真正的挑战是决定首先关注什么，”亚历山大说。“最终，我们希望取得足够的成功，以便下一阶段的开发使我们更接近在太空中飞行郁金香。”

莱斯大学

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-由克里斯·瓦夫拉编辑，制作编辑，控制工程， CFE传媒，cvavra@cfemedia.com。查看更多控制工程机器视觉故事．

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