CN104969043B - 用于对远程目标成像的高光谱成像系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本文中描述了用于提供远程目标(例如，感兴趣的场景(104))的一区域的高光谱图像的高光谱成像系统(100a)和方法。在一个方面，高光谱成像系统包括至少一个光学器件(106)、可旋转的盘(202)(其具有形成在其中的至少一个螺旋狭缝(204))、光谱仪(110)、二维图像传感器(112)和控制器(114)。在另一个方面，高光谱成像系统包括至少一个光学器件、可旋转的盘(其具有形成在其中的多个直缝)、光谱仪、二维图像传感器和控制器。在又一方面，高光谱成像系统包括至少一个光学器件、可旋转的鼓(其具有形成在其外表面上的多个狭缝以及位于其中的折叠镜)、光谱仪、二维图像传感器和控制器。

Description

用于对远程目标成像的高光谱成像系统和方法
优先权要求
本申请根据35U.S.C.§120要求2013年3月13日提交的美国申请S/N13/798816的优先权，该申请根据35U.S.C.§119要求2012年11月15日提交的美国临时申请S/N 61/726650的优先权，基于其内容并通过引用将其内容整体结合于此。
相关专利申请
本申请与2012年7月23日提交的且题为“Hyperspectral Imaging System andMethod for Imaging a Remote Object(用于对远程目标成像的高光谱成像系统和方法)”的先前提交的美国专利申请S/N 13/555,428有关。此相关的专利申请的内容在此通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及用于提供远程目标(例如，感兴趣的场景)的一区域的高光谱图像的高光谱成像系统和方法。在一个方面，高光谱成像系统包括至少一个光学器件、可旋转的盘(其具有形成在其中的至少一个螺旋狭缝)、光谱仪、二维图像传感器和控制器。在另一个方面，高光谱成像系统包括至少一个光学器件、可旋转的盘(其具有形成在其中的多个直缝)、光谱仪、二维图像传感器和控制器。在又一方面，高光谱成像系统包括至少一个光学器件、可旋转的鼓(其具有形成在其外表面中的多个狭缝以及位于其中的折叠镜)、光谱仪、二维图像传感器和控制器。
背景
传统的高光谱成像系统通常具有成像透镜，该成像透镜将感兴趣的远程目标的图像形成到固定狭缝上，该固定狭缝继之以光谱仪。光谱仪可被配置为Offner光谱仪、Dyson光谱仪或若干其它类型光谱仪中的任何一种。然而，具有固定狭缝的高光谱仪架构局限于对来自远程目标的单行光形成高光谱。另外，具有固定狭缝的高光谱仪架构局限于仅填充图像传感器上与固定狭缝的光谱相对应的那些像素点。目前有两种已知的技术用于将来自远程目标单行光的高光谱图像扩展到远程目标的二维区域。第一种已知技术涉及在垂直于固定狭缝的方向上移动整个高光谱成像系统并同步在移动过程中所采集的图像以获得远程目标一区域的高光谱图像。此技术常常被称为“推扫式(push broom)”方法。第二种已知技术涉及在成像透镜的前面放置旋转镜并接着同步在镜子旋转过程中所采集的图像以获得远程目标一区域的高光谱图像。虽然传统的用于获得远程目标一区域的高光谱图像的高光谱成像系统和这些已知技术可在一些应用中工作良好，但仍然期望开发新的可被用于获得远程目标一区域的高光谱图像的高光谱成像系统。
发明内容
已经在本申请的独立权利要求中描述了用于提供远程目标的一区域的高光谱图像的高光谱成像系统和方法。已经在从属权利要求中描述了用于提供远程目标的一区域的高光谱图像的高光谱成像系统和方法的有利实施例。
在本发明的一个方面，存在用于提供远程目标的二维区域的高光谱图像的高光谱成像系统(以及相关联的方法)。所述高光谱成像系统包括：(a)至少一个光学器件，配置成接收与所述远程目标相关联的光；(b)盘，在其中形成有螺旋狭缝，其中所述盘包括一表面，所述表面配置成从所述至少一个光学器件接收所述光，并且其中所述表面被进一步定位在所述至少一个光学器件的像平面处；(c)致动器，用于使所述盘旋转；(d)控制器，配置成控制所述致动器以使得使所述盘旋转以使所述螺旋狭缝的第一部分被定位成允许与所述远程目标相关联的第一光线穿过那儿；(e)光谱仪，包括至少色散设备，所述色散设备配置成接收所述第一光线并输出第一色散光线；(f)二维图像传感器，配置成接收所述第一色散光线并提供所述第一色散光线的第一二维图像；(g)所述控制器配置成获得所述第一二维图像并控制所述致动器以使得使所述盘旋转以使所述螺旋狭缝的第二部分被定位成允许与所述远程目标相关联的第二光线穿过那儿；(h)所述光谱仪包括至少所述色散设备，所述色散设备配置成接收所述第二光线并输出第二色散光线；(i)所述二维图像传感器配置成接收所述第二色散光线并提供所述第二色散光线的第二二维图像；(j)所述控制器配置成获得所述第二二维图像；以及(k)所述控制器反复地控制所述致动器以使得使所述盘旋转以使螺旋狭缝的不同部分被定位成允许与所述远程目标的所述光相关联的不同光线穿过那儿同时反复地从所述二维图像传感器中获得不同色散光线的二维图像并组合所述第一和第二二维图像以及不同的二维图像以提供所述远程目标的二维区域的高光谱图像。
在本发明的另一个方面，存在用于提供远程目标的二维区域的高光谱图像的高光谱成像系统(以及相关联的方法)。所述高光谱成像系统包括：(a)至少一个光学器件，配置成接收与所述远程目标相关联的光；(b)盘，在其中形成有多个直缝，其中所述盘包括一表面，所述表面配置成从至少一个前置光学器件接收所述光，并且其中所述表面被进一步定位在所述至少一个光学器件的像平面处；(c)致动器，使所述盘旋转；(d)控制器，配置成控制所述致动器以使得使所述盘旋转以使所述多个直缝中的第一直缝被定位成允许与所述远程目标相关联的第一光线穿过那儿；(e)光谱仪，包括至少色散设备，所述色散设备配置成接收所述第一光线并输出第一色散光线；(f)二维图像传感器，配置成接收所述第一色散光线并提供所述第一色散光线的第一二维图像；(g)所述控制器配置成获得所述第一二维图像并控制所述致动器以使得使所述盘旋转以使所述多个直缝中的第二直缝被定位成允许与所述远程目标相关联的第二光线穿过那儿；(h)所述光谱仪包括至少所述色散设备，所述色散设备配置成接收所述第二光线并输出第二色散光线；(i)所述二维图像传感器配置成接收所述第二色散光线并提供所述第二色散光线的第二二维图像；(j)所述控制器配置成获得所述第二二维图像；以及(k)所述控制器反复地控制所述致动器以使得使所述盘旋转以使所述多个直缝中的不同直缝被定位成允许与所述远程目标的所述光相关联的不同光线穿过那儿同时反复地从所述二维图像传感器中获得不同色散光线的二维图像并组合所述第一和第二二维图像以及不同的二维图像以提供所述远程目标的二维区域的高光谱图像。
在本发明的又一方面，存在用于提供远程目标的二维区域的高光谱图像的高光谱成像系统(以及相关联的方法)。所述高光谱成像系统包括：(a)至少一个光学器件，配置成接收与所述远程目标相关联的光；(b)鼓，具有形成在其表面中的至少一个狭缝以及位于其中的折叠镜，其中旋转鼓在其一侧上具有开口，来自所述至少一个光学器件的所述光穿过所述开口并由所述折叠镜朝向所述表面的内部部分进行反射，并且其中所述表面的所述内部部分被定位在所述至少一个光学器件的像平面处；(c)致动器，使所述鼓旋转；(d)控制器，配置成控制所述致动器以使得使所述鼓旋转以使所述至少一个狭缝中的第一狭缝被定位成允许与所述远程目标相关联的第一光线穿过那儿；(e)光谱仪，包括至少色散设备，所述色散设备配置成接收所述第一光线并输出第一色散光线；(f)二维图像传感器，配置成接收所述第一色散光线并提供所述第一色散光线的第一二维图像；(g)所述控制器配置成获得所述第一二维图像并控制所述致动器以使得使所述鼓旋转以使所述至少一个狭缝中的所述第一狭缝被定位成允许与所述远程目标相关联的第二光线穿过那儿；(h)所述光谱仪包括至少所述色散设备，所述色散设备配置成接收所述第二光线并输出第二色散光线；(i)所述二维图像传感器配置成接收所述第二色散光线并提供所述第二色散光线的第二二维图像；(j)所述控制器配置成获得所述第二二维图像；以及(k)所述控制器反复地控制所述致动器以使得使所述鼓旋转以使所述至少一个狭缝中的所述第一狭缝被定位成允许与所述远程目标的所述光相关联的不同光线穿过那儿同时反复地从所述二维图像传感器中获得不同色散光线的二维图像并组合所述第一和第二二维图像以及不同的二维图像以提供所述远程目标的二维区域的高光谱图像。
本发明的其它方面将在以下详细描述、附图和权利要求书中部分阐述，并从详细说明书中部分得出，或可通过本发明的实践来了解。可以理解，以上总体描述和以下详细描述都仅是示例性和说明性的，并不对所公开的本发明进行限制。
附图说明
结合附图参考以下详细说明可更完整地理解本发明，附图中：
图1是示出了根据本发明的实施例的具有可扫描狭缝机构的示例性高光谱成像系统的基本部件的图；
图2A-2B是示出了根据本发明的第一实施例的示例性高光谱成像系统以及使盘关于轴旋转的致动器的几幅图，其中可扫描狭缝机构是盘(其具有形成在其中的至少一个螺旋狭缝)；
图2C是示出了根据本发明的第一实施例的使用图2A-2B中所示的高光谱成像系统来提供远程目标的二维区域的高光谱图像的示例性方法的步骤的流程图；
图3A-3B是示出了根据本发明的第二实施例的示例性高光谱成像系统以及使盘关于轴旋转的致动器的几幅图，其中可扫描狭缝机构是盘(其具有形成在其中的多个直缝)；
图3C是示出了根据本发明的第二实施例的使用图3A-3B中所示的高光谱成像系统来提供远程目标的二维区域的高光谱图像的示例性方法的步骤的流程图；
图4A-4B是示出了根据本发明的第三实施例的示例性高光谱成像系统以及使鼓关于轴旋转的致动器的几幅图，其中可扫描狭缝机构是旋转鼓(其具有在其表面中的至少一个直缝以及位于其中的折叠镜)；以及
图4C是示出了根据本发明的第三实施例的使用图4A-4B中所示的高光谱成像系统来提供远程目标的二维区域的高光谱图像的示例性方法的步骤的流程图。
具体实施方式
参照图1，存在一图，该图示出了根据本发明的实施例的被配置用于提供远程目标104的一区域的高光谱图像102的示例性高光谱成像系统100的基本部件。高光谱成像系统100包括一个或多个光学器件106、可扫描狭缝机构(mechanism)108、光谱仪110、二维图像传感器112以及控制器114。光谱仪110可以是Offner光谱仪(所示的)、Dyson光谱仪或包含色散设备116的其它公知的光谱仪中的任何一种。例如，光谱仪110可包含色散设备116，该色散设备116被配置为棱镜116，对应于基于折射的光谱成像组件。或者，光谱仪110可包含色散设备116，该色散设备116被配置为衍射光栅116，对应于基于衍射的光谱成像组件(所示的)。此外，高光谱成像系统100可包括外壳118，该外壳118封围并支撑光学器件106、可扫描狭缝机构108、光谱仪110以及二维图像传感器112。在此示例中，控制器114被示为被定位在外壳118的外面但仍然可操作地耦合至光学器件106(为了使光学器件106聚焦)、可扫描狭缝机构108以及二维图像传感器112。高光谱成像系统100可包含对于本领域技术人员而言是公知的其它部件，但为了清晰起见，在这里将只详细讨论那些对于解释本发明有需要的部件106、108、110、112、114、116和118。
高光谱成像系统100被定位成使得光学器件106接收来自远程目标104的光115a并且被配置成将表示远程目标104的像107的聚焦光115b引导在可扫描狭缝机构108上。可扫描狭缝机构108被定位成使得接收来自光学器件106的光115b的表面109被置于光学器件106的像平面处。可扫描狭缝机构108接收光115b并且向光谱仪110提供至少一束第一光线115c。在此示例中，光谱仪110被配置为Offner光谱仪并且包括第一镜子122，该第一镜子122接收来自可扫描狭缝机构108的至少一束第一光线115c并将至少一束第一光线115d反射至衍射光栅116，该衍射光栅116将至少一束衍射光115e引导至第二镜子124，该第二镜子124将至少一束衍射光115f反射到二维图像传感器112。二维图像传感器112生成至少一束衍射光115f的二维图像117a。
控制器114接收并存储二维图像117a并随后与可扫描狭缝机构108交互以使得它被重新配置成向光谱仪110提供来自远程目标104的至少一束不同光线115g。光谱仪的第一镜子122接收来自可扫描狭缝机构108的至少一束不同光线115g并将至少一束不同光线115h反射至衍射光栅116，该衍射光栅116将至少一束衍射光115i引导至第二镜子124，该第二镜子124将至少一束衍射光115j反射到二维图像传感器112。二维图像传感器112生成至少一束衍射光115j的二维图像117b。控制器114接收并存储来自二维图像传感器112的衍射光115j的二维图像117b。此后，控制器114以类似的方式与可扫描狭缝机构108和二维图像传感器112交互以获得与来自远程目标104的不同光线相关联的不同的二维图像117c、117d…117n(注意：不同光线115c、115g等…通常彼此连续并且当组合时，将表示远程目标104的整个成像区域)。控制器114组合二维图像117a、117b、117c…117n以提供远程目标104的一区域的高光谱图像102。以下针对图2-4详细讨论若干不同实施例的高光谱成像系统100的配置和操作，它们包含若干不同类型的可扫描狭缝机构108。
参照图2A-2B，这里有几幅图示出了根据本发明的第一实施例的高光谱成像系统100a以及致动器206，其中可扫描狭缝机构108是盘202，盘202中形成有至少一个螺旋狭缝204(在此示例中示出了三个螺旋狭缝204a、204b和204c)，该致动器206使盘202关于轴208旋转。高光谱成像系统100a包括光学器件106、旋转盘202、致动器206、光谱仪110(其包括至少色散设备116)、二维图像传感器112、控制器114以及外壳118(未示出)。应当理解，光学器件106、盘202、光谱仪110(色散116)以及二维图像传感器112将相对于彼此被定位成使得光线将从一个部件被适当地引导至另一个部件。然而，为了帮助解释高光谱成像系统110a的各种特征，已经改变了光学器件106相对于盘的表面209的取向。例如，在实践中，盘的表面209将面向光学器件106的主表面而不是如所示的面向读者。并且，盘202在轴208上的旋转平面将垂直于读者。
如图2A-2B中所示，存在一示例，其中高光谱成像系统100a被配置成使得盘202在第一时间“t1”在一个位置“p1”中具有螺旋狭缝204a的第一部分2091(见图2A)并且随后螺旋狭缝204a的另一部分2092在第二时间“t2”处于位置“p1”中(见图2B)。在图2A中，高光谱成像系统100a在第一时间“t1”被定位成使得光学器件106接收与远程目标104相关联的光115a并且将表示远程目标104的像107的聚焦光115b引导在盘202上。具体地，控制器114将已经与致动器206交互以使盘202在轴208上旋转以使得螺旋狭缝204a的第一部分2091在第一时间“t1”处于位置“p1”中。在时间“t1”，螺旋狭缝204a的第一部分209a被定位在光学器件106的像平面处或附近以便将与像107相关联的第一光线115c传到光谱仪110，光线115c通过例如第一镜子122被色散元件116接收(见图1)。再次，光谱仪110可以是具有色散设备116(例如，棱镜116、衍射光栅116)的任何公知的光谱仪110。色散设备116生成色散光115e，该色散光115e通过例如第二镜子124被二维图像传感器112接收(见图1)。二维图像传感器112生成二维图像117a，该二维图像117a包括表示色散光115e的空间信息(例如，衍射光115e的零级像—如果使用衍射光栅116的话)的一个轴210a以及表示色散光115e的光谱信息(例如，衍射光115e的非零级像—如果使用衍射光栅116的话)的另一轴210b。控制器114接收并存储二维图像117a并与致动器206交互以使盘202旋转以使得螺旋狭缝204a的第二部分2092在时间“t2”处于位置“p1”中以将与来自远程目标104的像107相关联的不同光线115g传到光谱仪110，如接下来讨论的。
在图2B中，高光谱成像系统100a被示为配置在第二时间“t2”，其中控制器114与致动器206交互以使盘202旋转以使得螺旋狭缝204a的第二部分2092在时间“t2”处于位置“p1”中以便将与远程目标104的像107相关联的第二光线115g传到光谱仪110中，该光线115g通过例如第一镜子122被色散设备116接收(图1)。如可见，第一光线115c与第二光线115g是连续或基本连续的，该第二光线115g与远程目标104的像107相关联。色散设备116生成色散光115i，该色散光115i通过例如第二镜子124被二维图像传感器112接收(图1)。二维图像传感器112生成二维图像117b，该二维图像117b包括表示色散光115i的空间信息(例如，衍射光115i的零级像—如果使用衍射光栅116的话)的一个轴210a以及表示色散光115i的光谱信息(例如，衍射光115i的非零级像—如果使用衍射光栅116的话)的另一轴210b。控制器114接收并存储二维图像117b。此后，控制器114与致动器206交互以在不同时间“t3”、“t4”…“tn”使盘202旋转以使得螺旋狭缝204a的剩余部分2093、2094..209n顺序地位于位置“p1”中同时在时间“t3”、“t4”…“tn”激活二维图像传感器112以获得远程目标104的不同色散光线的不同二维图像117c、117d…117n。控制器114组合二维图像117a、117b、117c…117n以提供与远程目标104的一区域相关联的整个像107的高光谱图像102a。在此示例中，每一个二维图像117a、117b、117c…117n对应于不同的色散光线115e、115i等…，并且色散光线115e、115i等…彼此连续以使得当组合其相应的光谱图像时所得的组合形成表示远程目标104的该区域的像107的高光谱图像102a。
被用于使用第一螺旋狭缝204a来获得远程目标104的该区域的高光谱图像102a的相同过程将被重复以使用第二螺旋狭缝204b来获得远程目标104的该区域的高光谱图像102b并且接着被重复以使用第三螺旋狭缝204c来获得远程目标104的该区域的高光谱图像102c。因此，针对盘202的每单次360°旋转，具有三个螺旋狭缝204a、204b和204c的盘202能够获得远程目标104的该区域的同一个像107的三幅不同的高光谱图像102a、102b和102c。在此示例中，第一螺旋狭缝204a的不同部分2091、2092、2093、2094..209n的组合宽度将等于或大于远程目标104的像107的宽度211。并且，第一螺旋狭缝204a的不同部分2091、2092、2093、2094..209n中的每一个的高度将等于或大于远程目标104的像107的高度213。第二螺旋狭缝204b和第三螺旋狭缝204c通常将具有与第一螺旋狭缝204a相同的宽度和高度。
在此示例中，控制器114能够通过在盘202的120°旋转期间使用第一螺旋狭缝204a来获得不同的二维图像117a、117b、117c…117n，组合这些图像以形成一幅高光谱图像102a。加上，控制器114通过在盘202的剩余240°旋转期间使用第二螺旋狭缝204b和第三螺旋狭缝204c来获得不同的二维图像，组合这些图像以形成两幅高光谱图像102b和102c。替代地，如果盘202仅具有一个螺旋狭缝204，则针对盘202的每单次旋转控制器114将提供远程目标104的一幅高光谱图像。同样地，如果盘202具有两个螺旋狭缝，则针对盘202的每单次旋转控制器114将提供远程目标104的两幅高光谱图像。在任何情况下，控制器114可以任何期望的数据率来获得二维图像117a、117b、117c…117n但通常其可以是在已经充分旋转相应的螺旋狭缝204a、204b和204c之后以使得其在二维图像传感器112上的图像(来自像107的相应的光线)已经横向移动了一个像素。
在前述示例中，螺旋狭缝204a、204b和204c彼此间隔得足够远以使得远程目标104的像107在任何给定时间仅位于螺旋狭缝204a、204b或204c中的一个中。换言之，像107可完全位于螺旋狭缝204a和204b之间或者螺旋狭缝204b和204c之间或者螺旋狭缝204a和204c之间的空间中。为实现这一点，基于像107的特定尺寸和位置来定位盘202以及尤其形成在其内部部分上的螺旋狭缝204a、204b和204c，该像107将最终由前置(fore)光学器件106所形成。具体地，盘202可具有特定直径并且像107在盘202的表面209上的特定位置上将具有预定的宽度211和高度213。加上，螺旋狭缝204a、204b和204c将各自具有一端220a、220b和220c，该一端被定位成距盘202的边缘预定的距离“1”以便与像107的一端222对准。另外，螺旋狭缝204a、204b和204c将各自具有相对端224a、224b和224c，该相对端被定位成距盘202的边缘预定的距离“2”以便与像107的相对端226对准。换言之，设计每个螺旋狭缝204a、204b和204c的尺寸以使得与相对于盘202的外边缘的其相应的端220a-224a、220b-224b和222c-224c之间的距离有关的距离“1”和“2”之间的距离与远程目标104的像107的宽度211相同或大于宽度211。
替代地，螺旋狭缝204a、204b和204c可相对于彼此被定位成使得在给定时间任意两个螺旋狭缝204a和204b(例如)可各自具有同时地将来自远程目标104的像107的不同光线传到光谱仪110中的一部分。在此情况中，一旦从二维图像传感器112接收相应的二维图像，控制器114就将不得不处理该二维图像以将与第一螺旋狭缝204a相关联的二维图像和与第二螺旋狭缝204b相关联的二维图像分开。随后，控制器114将组合仅与第一螺旋狭缝204a相关联的各二维图像以形成高光谱图像102a并且组合仅与第二螺旋狭缝204b相关联的各二维图像以形成高光谱图像102b。
参照图2C，存在一流程图，该流程图示出了根据本发明的第一实施例用于使用高光谱成像系统100a来提供远程目标104的二维区域107的高光谱图像102的示例性方法200C的步骤。该方法包括下列步骤：(a)提供高光谱成像系统100a，包括：光学器件106、可旋转的盘202(在其中形成有至少一个螺旋狭缝204)、致动器206、光谱仪110(其包括至少色散设备116)、二维图像传感器112以及控制器114(步骤202C)；(b)定位光学器件106以接收与远程目标104相关联的光115a(步骤204C)；(c)控制致动器206以使得使盘202旋转以使螺旋狭缝204的第一部分2091被定位成允许与远程目标104相关联的第一光线115c穿过那儿到达光谱仪110，该光谱仪110包括至少色散设备116，该色散设备116配置成接收第一光线115c并将第一色散光线115e输出至二维图像传感器112(步骤206C)；(d)从二维图像传感器112中获得第一色散光线115e的二维图像117a(步骤208C)；(e)控制致动器206以使得使盘202旋转以使螺旋狭缝204的第二部分2092被定位成允许与远程目标104相关联的第二光线115g穿过那儿到达光谱仪110，该光谱仪110包括至少色散设备116，该色散设备116配置成接收第二光线115g并将第二色散光线115i输出至二维图像传感器112(步骤210C)；(f)从二维图像传感器112中获得第二色散光线115i的二维图像117b(步骤212C)；以及(g)反复地控制致动器206以使得使盘202旋转以使螺旋狭缝204的不同部分2093、2094…209n被定位成允许与远程目标104的光107相关联的不同光线穿过那儿同时反复地从二维图像传感器112中获得二维图像117c、117d…117n并组合第一和第二二维图像117a和117b以及不同的二维图像117c、117d…117n以提供远程目标104的二维区域的高光谱图像102(步骤214C)。在一个示例中，控制器114可控制致动器206来以连续的恒定速度使盘202旋转同时获得第一和第二二维图像117a和117b以及不同的二维图像117c、117d…117n。在以上示例中，控制器114可包括处理器115，该处理器115与存储处理器可执行指令的存储器117相接以执行那些处理器可执行指令以执行步骤204C、206C、208C、210C、212C和214C。
若需要，可将扫描盘202和致动器206添加到现有设计而没有对系统的尺寸造成显著影响。加上，所得的增强的系统(即，高光谱成像系统100a)将提供将近100％扫描效率。其它像在前置光学器件前面结合扫描镜的电流计驱动扫描仪的传统的扫描系统需要来自扫描设备的反馈以了解远程目标中的哪一行正被传到光谱仪。然而，在高光谱成像系统100a中，如果二维图像传感器112足够大以对零级像和衍射图像成像，则零级像的位置可提供此信息(即，远程目标中的哪一行正被传到光谱仪)而不需要来自某个扫描设备的反馈。此外，传统的电流计驱动扫描仪是振动源并且当与被用在高光谱成像系统100a中的恒定速度旋转盘202进行比较时可具有较高的功率要求。进一步，传统的多边形扫描仪典型地将具有较差的扫描效率、附加的反射表面并且当被定位在前置光学器件(foreoptic)和远程目标之间时，当与高光谱成像系统100a的尺寸进行比较时，将需要系统尺寸的显著增加。在本发明中，可利用常规的光刻技术(作为示例，用于可见短波红外(SWIR)应用的玻璃上的铬)来生产盘202。还可使用在共同转让的美国专利U.S.7,697,137(其内容通过引用结合于此)中所定义的工艺来在金属衬底中产生盘202。最后，盘202将由简单的电机206(致动器206)所驱动并且不需要速度控制或角位置设备。然而，需要按规定(nominally)控制盘202的轴向位置并且将该轴向位置定位成在前置光学器件106的焦深内。
参照图3A-3B，这里有几幅图示出了根据本发明的第二实施例的高光谱成像系统100b以及致动器306，其中可扫描狭缝机构108是盘302，盘302中形成有多个直缝304(在此示例中示出了十个直缝304a、304b、304c、304d、304e、304f、304g、304h、304i、304j)，该致动器306使盘302关于轴308旋转。高光谱成像系统100b包括光学器件106、旋转盘302、致动器306、光谱仪110(其包括至少色散设备116)、二维图像传感器112、控制器114以及外壳118(未示出)。应当理解，光学器件106、盘302、光谱仪110(色散116)以及二维图像传感器112将相对于彼此被定位成使得光线将从一个部件被适当地引导至另一个部件。然而，为了帮助解释高光谱成像系统110b的各种特征，已经改变了光学器件106相对于盘的表面309的取向。例如，在实践中，盘的表面309将面向光学器件106的主表面而不是如所示的面向读者。并且，盘302在轴308上的旋转平面将垂直于读者。
如图3A-3B中所示，存在一示例，其中高光谱成像系统100b被配置成使得盘302在第一时间“t1”在一个位置“p1”中具有一个直缝304a(见图3A)并且随后盘302在第二时间“t2”在位置“p1”中具有下一直缝304b(见图3B)。在图3A中，高光谱成像系统100b在第一时间“t1”被定位成使得光学器件106接收与远程目标104相关联的光115a并且将表示远程目标104的像107的聚焦光115b引导在盘302上。具体地，控制器114将已经与致动器306交互以使盘302在轴308上旋转以使得第一直缝304a在第一时间“t1”处于位置“p1中。在时间“t1”，第一直缝304a被定位在光学器件106的像平面处或附近以便将与像107相关联的第一光线115c传到光谱仪110，光线115c通过例如第一镜子122被色散元件116接收(见图1)。再次，光谱仪110可以是具有色散设备116(例如，棱镜116、衍射光栅116)的任何公知的光谱仪110。色散设备116生成色散光115e，该色散光115e通过例如第二镜子124被二维图像传感器112接收(见图1)。二维图像传感器112生成二维图像117a，该二维图像117a包括表示色散光115e的空间信息(例如，衍射光115e的零级像—如果使用衍射光栅116的话)的一个轴310a以及表示色散光115e的光谱信息(例如，衍射光115e的非零级像—如果使用衍射光栅116的话)的另一轴310b。控制器114接收并存储二维图像117a并接着与致动器306交互以使盘302旋转以使得第二直缝304b在时间“t2”处于位置“p1”中以将与来自远程目标104的像107相关联的不同光线115g传到光谱仪110，如接下来讨论的。
在图3B中，高光谱成像系统100b被示为配置在第二时间“t2”，其中控制器114与致动器306交互以使盘302旋转以使得第二直缝304b在时间“t2”处于位置“p1”中以便将与远程目标104的像107相关联的第二光线115g传到光谱仪110中，该光线115g通过例如第一镜子122被色散设备116接收(图1)。如可见，第一光线115c与第二光线115g是连续或基本连续的，该第二光线115g与远程目标104的像107相关联。色散设备116生成色散光115i，该色散光115i通过例如第二镜子124被二维图像传感器112接收(图1)。二维图像传感器112生成二维图像117b，该二维图像117b包括表示色散光115i的空间信息(例如，衍射光115i的零级像—如果使用衍射光栅116的话)的一个轴210a以及表示色散光115i的光谱信息(例如，衍射光115i的非零级像—如果使用衍射光栅116的话)的另一轴210b。控制器114接收并存储二维图像117b。此后，控制器114与致动器306交互以在不同时间“t3”、“t4”、“t5”、“t6”、“t7”、“t8”、“t9”、“t10”使盘302旋转以使得剩余直缝304c、304d、304e、304f、304g、304h、304i、304j在时间“t3”、“t4”、“t5”、“t6”、“t7”、“t8”、“t9”、“t10”顺序地位于位置“p1”中，在时间“t3”、“t4”、“t5”、“t6”、“t7”、“t8”、“t9”、“t10”期间，控制器114与二维图像传感器交互以获得远程目标104的不同二维图像117c、117d、117e、117f、117g、117h、117i、117j。控制器114组合二维图像117a、117b、117c、117d、117e、117f、117g、117h、117i、117j以提供与远程目标104一区域相关联的整个像107的高光谱图像102。在此示例中，每一个二维图像117a、117b、117c、117d、117e、117f、117g、117h、117i、117j对应于不同的色散光线115e、115i等…并且色散光线115e、115i等…彼此连续以使得当组合其相应的光谱图像时，所得的组合形成与远程目标104一区域的整个像107相关联的高光谱图像102。
如可见，针对盘202的每单次360°旋转，具有多个直缝304a、304b、304c、304d、304e、304f、304g、304h、304i、304j的盘302能够获得与远程目标104的该区域的像107相关联的高光谱图像102的生成。在此示例中，直缝304a、304b、304c、304d、304e、304f、304g、304h、304i、304j中的每一个的长度将等于或大于远程目标104的像107的宽度211。并且，直缝304a、304b、304c、304d、304e、304f、304g、304h、304i、304j的组合宽度将等于或大于远程目标104的像107的高度213。如所示，将以偏移方式将直缝304a、304b、304c、304d、304e、304f、304g、304h、304i、304j定位在盘302的表面309上以使得当第一直缝302a处于位置“p1”中时，其将允许来自像107的顶部的第一光线115c穿过那儿并且当第二直缝302b处于位置“p1”中时，其将允许来自恰好低于(just below)像107的顶部的第二光线115g穿过那儿并且对于剩余的直缝304c、304d、304e、304f、304g、304h、304i、304j以此类推。以此方式，在所有的直缝304a、304b、304c、304d、304e、304f、304g、304h、304i、304j已经处于位置“p1”中之后，则穿过它们的所有光线115c、115g等彼此连续以使得如果组合所有的光线115c、115g等，则它们将涵盖整个像107。应当理解，可在盘302上形成任意数量的直缝304，其中每个直缝304将具有相同或不同的宽度，只要当被组合时，直缝304的所有宽度将等于或大于远程目标104的像107的高度213。
在前述示例中，当相应的各个直缝304a、304b、304c、304d、304e、304f、304g、304h、304i、304j处于位置“p1”中并被对准成与二维图像传感器112平行时，控制器114获得二维图像117a、117b、117c、117d、117e、117f、117g、117h、117i、117j的“快照”。因此，在使盘306关于轴308旋转36°之后，控制器114将获得二维图像117a、117b、117c、117d、117e、117f、117g、117h、117i、117j中的每一个的“快照”并且在这些36°旋转中间，将未从二维图像传感器112中采集数据。作为结果，高光谱成像系统100b不具有100％扫描效率，因为当直缝304a、304b、304c、304d、304e、304f、304g、304h、304i、304j不处于位置“p1”中时，未从二维图像传感器112中采集数据。控制器114可获得二维图像117a、117b、117c、117d、117e、117f、117g、117h、117i、117j的“快照”而无须停止盘306的旋转，因为每当直缝304a、304b、304c、304d、304e、304f、304g、304h、304i、304j处于位置“p1”中时控制器114将与二维图像传感器112交互并从二维图像传感器112中采集数据。
参照图3C，存在一流程图，该流程图示出了根据本发明的第二实施例用于使用高光谱成像系统100b来提供远程目标104的二维区域107的高光谱图像102的示例性方法300C的步骤。该方法包括下列步骤：(a)提供高光谱成像系统100b，包括：光学器件106、可旋转的盘302(在其中形成有多个直缝304a、304b、304c、304d、304e、304f、304g、304h、304i、304j(例如))、致动器206、光谱仪110(其包括至少色散设备116)、二维图像传感器112以及控制器114(步骤302C)；(b)定位光学器件106以接收与远程目标104相关联的光115a(步骤304C)；(c)控制致动器306以使得使盘302旋转以使第一直缝304a被定位成允许与远程目标104相关联的第一光线115c穿过那儿到达光谱仪110，该光谱仪110包括至少色散设备116，该色散设备116配置成接收第一光线115c并将第一色散光线115e输出至二维图像传感器112(步骤306C)；(d)从二维图像传感器112中获得第一色散光线115e的第一二维图像117a(步骤308C)；(e)控制致动器306以使得使盘302旋转以使第二直缝304b被定位成允许与远程目标104相关联的第二光线115g穿过那儿到达光谱仪110，该光谱仪110包括至少色散设备116，该色散设备116配置成接收第二光线115g并将第二色散光线115i输出至二维图像传感器112(步骤310C)；(f)从二维图像传感器112中获得第二色散光线115g的第二二维图像117b(步骤312C)；以及(g)反复地控制致动器306以使得使盘302旋转以使不同直缝304c、304d、304e、304f、304g、304h、304i、304j(例如)被定位成允许与远程目标105的光107相关联的不同光线穿过那儿同时反复地从二维图像传感器112中获得不同色散光线的二维图像117c、117d、117e、117f、117g、117h、117i、117j并组合第一和第二二维图像117a和117b以及不同的二维图像117c、117d、117e、117f、117g、117h、117i、117j以提供远程目标104的二维区域的高光谱图像102(步骤314C)。在一个示例中，控制器114可控制致动器306来以连续的恒定速度使盘302旋转同时获得第一和第二二维图像117a和117b以及不同的二维图像117c、117d…117n。在以上示例中，控制器114可包括处理器115，该处理器115与存储处理器可执行指令的存储器117相接以执行那些处理器可执行指令以执行步骤304C、306C、308C、310C、312C和314C。
若需要，可将扫描盘302和致动器306添加到现有设计而没有对系统的尺寸造成显著影响。加上，所得的增强的系统(即，高光谱成像系统100b)将提供接近于100％扫描效率。其它像在前置光学器件前面结合扫描镜的电流计驱动扫描仪的传统的扫描系统需要来自扫描设备的反馈以了解远程目标中的哪一行正被传到光谱仪。然而，在高光谱成像系统100b中，如果二维图像传感器112足够大以对零级像和衍射图像成像，则零级像的位置可提供此信息(即，远程目标中的哪一行正被传到光谱仪)而不需要来自某个扫描设备的反馈。此外，传统的电流计驱动扫描仪是振动源并且当与被用在高光谱成像系统100b中的恒定速度旋转盘302进行比较时可具有较高的功率要求。进一步，传统的多边形扫描仪典型地将具有较差的扫描效率、附加的反射表面并且当被定位在前置光学器件和远程目标之间时，当与高光谱成像系统100b的尺寸进行比较时，将需要系统尺寸的显著增加。在本发明中，可利用常规的光刻技术(作为示例，用于可见短波红外(SWIR)应用的玻璃上的铬)来生产盘302。还可使用在共同转让的美国专利U.S.7,697,137(其内容通过引用结合于此)中所定义的工艺来在金属衬底中产生盘302。最后，盘302将由简单的电机306(致动器306)所驱动并且不需要速度控制或角位置设备。然而，需要按规定控制盘302的轴向位置并且将该轴向位置定位成在前置光学器件106的焦深内。
参照图4A-4B，这里有几幅图示出了根据本发明的第三实施例的高光谱成像系统100c以及致动器410，其中可扫描狭缝机构108是鼓(drum)402，鼓402在其表面406中具有至少一个直缝404(在此示例中可见几个直缝404a、404b、404c、404d和404e)和折叠镜408，该致动器410使鼓402关于轴412旋转(注意：图4A-4B具有切掉的一部分表面406以使可看见位于鼓402内部内的折叠镜404)。高光谱成像系统100c包括至少一个光学器件106、可旋转的鼓402、致动器410、光谱仪110(其包括至少色散设备116)、二维图像传感器112、控制器114以及外壳118(未示出)。应当理解，光学器件106、鼓402、光谱仪110(色散116)以及二维图像传感器112将相对于彼此被定位成使得光线将从一个部件被适当地引导至另一个部件。由此，旋转鼓402在其一侧416上将具有开口414，来自光学器件106的光115b穿过该开口414并被折叠镜408反射以在表面406的内部部分418上形成远程目标104的像107。表面406的内部部分418将被定位在光学器件106的像平面处(见图4A和4B中的分解视图)。
如图4A-4B中所示，存在一示例，其中高光谱成像系统100c被配置成使得旋转鼓402在第一时间“t1”在一个位置“p1”中具有一个直缝404a(见图4A)并且随后旋转鼓402在第二时间“t2”在位置“p2”中具有直缝404a(见图4B)。在图4A中，高光谱成像系统100c在第一时间“t1”被定位成使得光学器件106接收与远程目标104相关联的光115a并通过在旋转鼓402的一侧416上的开口414将表示远程目标104的像107的聚焦光115b引导至折叠镜408，该折叠镜408反射聚焦光115b以在旋转鼓402里面的表面406的内部部分418上形成远程目标104的像107(见分解视图420)。具体地，控制器114将已经与致动器410交互以使鼓402在轴412上旋转以使得第一直缝404a在第一时间“t1”处于位置“p1中。在时间“t1”，第一直缝404a被定位在光学器件106的像平面处或附近以便将与像107相关联的第一光线115c传到光谱仪110，光线115c通过例如第一镜子122被色散元件116接收(见图1)。再次，光谱仪110可以是具有色散设备116(例如，棱镜116、衍射光栅116)的任何公知的光谱仪110。色散设备116生成色散光115e，该色散光115e通过例如第二镜子124被二维图像传感器112接收(见图1)。二维图像传感器112生成二维图像117a，该二维图像117a包括表示色散光115e的空间信息(例如，衍射光115e的零级像—如果使用衍射光栅116的话)的一个轴410a以及表示色散光115e的光谱信息(例如，衍射光115e的非零级像—如果使用衍射光栅116的话)的另一轴410b。控制器114接收并存储二维图像117a并接着与致动器410交互以使鼓402旋转以使得第一直缝404a在时间“t2”处于位置“p2”中以将与来自远程目标104的像107相关联的不同光线115g传到光谱仪110，如接下来讨论的。
在图4B中，高光谱成像系统100c被示为配置在第二时间“t2”，其中控制器114与致动器410交互以使鼓402旋转以使得第一直缝404a在时间“t2”处于位置“p2”中以便将与远程目标104的像107相关联的第二光线115g传到光谱仪110中，该光线115g通过例如第一镜子122被色散设备116接收(图1)。如可见，第一光线115c与第二光线115g是连续或基本连续的，该第二光线115g与远程目标104的像107相关联。色散设备116生成色散光115i，该色散光115i通过例如第二镜子124被二维图像传感器112接收(图1)。二维图像传感器112生成二维图像117b，该二维图像117b包括表示色散光115i的空间信息(例如，衍射光115i的零级像—如果使用衍射光栅116的话)的一个轴410a以及表示色散光115i的光谱信息(例如，衍射光115i的非零级像—如果使用衍射光栅116的话)的另一轴410b。控制器114接收并存储二维图像117b。此后，控制器114与致动器410交互以在不同时间“t3”、“t4”…“tn”使鼓402旋转以使得第一直缝404a顺序地具有位置“p3”、“p4”…“pn”同时在时间“t3”、“t4”…“tn”，激活二维图像传感器112以获得远程目标104的不同色散光线的不同二维图像117c、117d…117n。控制器114组合二维图像117a、117b、117c…117n以提供与远程目标104一区域相关联的整个像107的高光谱图像102a。在此示例中，每一个二维图像117a、117b、117c…117n对应于不同的色散光线115e、115i等…并且色散光线115e、115i等…彼此连续以使得当组合其相应的光谱图像时，所得的组合形成表示远程目标104一区域的像107的高光谱图像102a。
被用于使用第一直缝404a来获得远程目标104一区域的高光谱图像102a的相同过程将被重复以使用第二直缝404b来获得远程目标104一区域的高光谱图像102b并且接着被重复以使用第三直缝404c来获得远程目标104一区域的高光谱图像102c并且以此类推。因此，针对鼓402的每单次360°旋转，具有“x”数量的直缝404的鼓402能够获得远程目标104一区域的同一个像107的“x”数量的高光谱图像102。控制器114可以任何期望的数据率来获得二维图像117a、117b、117c…117n但通常其可以是在已经充分旋转相应的直缝404a、404b、404c和404d之后以使得其在二维图像传感器112上的图像(来自像107的相应的光线)已经横向移动了一个像素。
在此示例中，直缝402a、302b、302c和402d中的每一个的长度将等于或大于远程目标104的像107的宽度211。并且，直缝402a、402b、402c和402d的宽度将指示将必须通过使鼓402旋转来移动每个直缝402a、402b、402c和402d多少位置“p1”、“p2”、“p3”…”pn”和时间“t1”、“t2”、“t3”…”tn”以占(account for)远程目标104的像107的整个高度213。换言之，直缝402a、402b、402c和402d的宽度将指示将必须通过使鼓402旋转来移动每个直缝402a、402b、402c和402d多少位置“p1”、“p2”、“p3”…”pn”和时间“t1”、“t2”、“t3”…”tn”以使得所有的连续光线115c、115g等…能够穿过那儿从而使得当组合所有的光线115c、115g等…时，则它们将涵盖整个像107。还应当理解，可在鼓402上形成任意数量的直缝404(仅示出四个)并且这些直缝404可具有相同或不同的宽度或长度。
在前述示例中，直缝404a、404b、404c和404d彼此间隔得足够远以使得远程目标104的像107在任何给定时间仅位于直缝404a、404b、404c和404d中的一个中。换言之，像107可完全位于直缝404a和404b之间或者直缝404b和404c之间或者直缝404c和404d之间等的空间中。在这方面，由光学器件106所形成的2D像107位于鼓402的内部部分418上并且对于鼓404的每个角位置，相应的直缝404a(例如)仅将像107的一行传到光谱仪110。基于鼓402的外直径和要被扫描的2D像107的尺寸，直缝404a、404b、404c和404d将彼此有角地间隔开以使得当一个直缝404a(例如)离开光学器件106的2D视场时，则下一个直缝404b(例如)正好进入像107的2D视场。这导致100％扫描效率。在此情况中，随着直缝404a(例如)横穿光学器件106的焦平面，其同样移进和移出焦点。为了解决此问题，鼓402理想上将是足够大的以使得直缝404a(例如)保持在光学器件106的焦深内。
替代地，直缝404a、404b、404c和404d可相对于彼此被定位成使得在给定时间任意两个直缝404a和404b(例如)可各自具有同时地将来自远程目标104的像107的不同光线传到光谱仪110中的一部分。在此情况中，一旦从二维图像传感器112接收二维图像，控制器114就将处理该二维图像以将与第一直缝404a相关联的二维图像和与第二直缝404b相关联的二维图像分开。随后，控制器114稍后将组合仅与第一直缝404a相关联的各二维图像以形成高光谱图像102a并且接着组合仅与第二直缝404b相关联的各二维图像以形成高光谱图像102b。
参照图4C，存在一流程图，该流程图示出了根据本发明的第三实施例用于使用高光谱成像系统100c来提供远程目标104的二维区域107的高光谱图像102的示例性方法400C的步骤。该方法包括下列步骤：(a)提供高光谱成像系统100c，包括：光学器件106、可旋转的鼓402(具有在其表面406上的至少一个直缝404以及位于其中的折叠镜408)、致动器410、光谱仪110(其包括至少色散设备116)、二维图像传感器112以及控制器114(步骤402C)；(b)定位光学器件106以接收与远程目标104相关联的光115a(步骤404C)；(c)定位鼓402以使得在其一侧416上的开口414被定位成从光学器件106接收光115b并且折叠镜408被定位成朝向表面406的内部部分418反射从光学器件106接收的光115b，并且其中表面406的内部部分418被定位在光学器件106的像平面处(步骤406C)；(d)控制致动器410以使得使鼓402旋转以使狭缝404被定位成允许与远程目标104相关联的第一光线115c穿过那儿到达光谱仪110，该光谱仪110包括至少色散设备116，该色散设备116配置成接收第一光线115c并将第一色散光线115e输出至二维图像传感器112(步骤408C)；(e)从二维图像传感器112中获得第一色散光线115g的二维图像117a(步骤410C)；(f)控制致动器410以使得使鼓402旋转以使狭缝404被定位成允许与远程目标104相关联的第二光线115g穿过那儿到达光谱仪110，该光谱仪110包括至少色散设备116，该色散设备116配置成接收第二光线115g并将第二色散光线115i输出至二维图像传感器112(步骤412C)；(g)从二维图像传感器112中获得第二色散光线115i的二维图像117b(步骤414C)；以及(h)反复地控制致动器410以使得使鼓402旋转以使狭缝404被定位成允许与远程目标104的光相关联的不同光线穿过那儿同时反复地从二维图像传感器112中获得不同色散光线的二维图像117c、117d…117n并组合第一和第二二维图像117a和117b以及不同的二维图像117c、117d…117n以提供远程目标104的二维区域107的高光谱图像102(步骤416C)。在一个示例中，控制器114可控制致动器410来以连续的恒定速度使鼓402旋转同时获得第一和第二二维图像117a和117b以及不同的二维图像117c、117d…117n。在以上示例中，控制器114可包括处理器115，该处理器115与存储处理器可执行指令的存储器117相接以执行那些处理器可执行指令以执行步骤404C、406C、408C、410C、412C、414C和416C。
尽管附图中示出且前述详细描述中描述了本发明的多个实施例，但应理解，本发明不限于所公开的实施例，而是能够具有多种重新布置、更改和替代而不偏离以下权利要求书阐述和限定的本发明。还应当注意，对本文中所使用的“本发明”或“发明”的引用涉及示例性实施例并且不一定涉及被所附权利要求所涵盖的每一实施例。

Claims (9)

1.一种用于提供一远程目标(104)的二维区域的高光谱图像(102)的高光谱成像系统(100a)，所述高光谱成像系统包括：
至少一个光学器件(106)，配置成接收与所述远程目标相关联的光(115a)；
盘(202)，在所述盘(202)中形成有连续的螺旋狭缝(204a)，其中所述盘包括一表面(109)，所述表面配置成从所述至少一个光学器件接收所述光，并且其中所述表面被进一步定位在所述至少一个光学器件的像平面处；
致动器(206)，用于使所述盘旋转；
控制器(114)，配置成控制所述致动器以使得使所述盘旋转以使所述螺旋狭缝(204a)的第一部分(2091)被定位成允许与所述远程目标相关联的第一光线(115c)穿过那儿；
光谱仪(110)，包括至少色散设备(116)，所述色散设备(116)配置成接收所述第一光线并输出第一色散光线(115e)；
二维图像传感器(112)，配置成接收所述第一色散光线并提供所述第一色散光线的第一二维图像(117a)；
所述控制器(114)配置成获得所述第一二维图像并控制所述致动器以使得使所述盘旋转以使所述螺旋狭缝(204a)的第二部分(2092)被定位成允许与所述远程目标相关联的第二光线(115g)穿过那儿；
所述光谱仪包括至少所述色散设备，所述色散设备配置成接收所述第二光线并输出第二色散光线(115i)；
所述二维图像传感器配置成接收所述第二色散光线并提供所述第二色散光线的第二二维图像(117b)；以及
所述控制器配置成获得所述第二二维图像，
其中所述盘具有形成在其中的多个连续的螺旋狭缝(204b、204c)，
其中所述螺旋狭缝(204a、204b、204c)中的每一个在所述盘上彼此间隔开，使得在任意给定时间，所述螺旋狭缝(204a、204b、204c)中的任意两个各自具有同时地将与所述远程目标相关联的不同光线传到所述光谱仪的一部分；并且
所述控制器进一步配置成(1)从所述二维图像传感器获得与所述远程目标相关联的两个不同光线的对应的二维图像，(2)将所获得的二维图像分成与所述两个螺旋狭缝中的第一个螺旋狭缝相关联的二维图像以及与所述两个螺旋狭缝中的第二个螺旋狭缝相关联的二维图像，以及(3)组合仅与所述第一个螺旋狭缝相关联的各二维图像以形成所述远程目标的二维区域的第一高光谱图像并组合仅与所述第二个螺旋狭缝相关联的各二维图像以形成所述远程目标的二维区域的第二高光谱图像。
2.如权利要求1所述的高光谱成像系统，其特征在于，所述控制器反复地控制所述致动器以使得使所述盘旋转以使螺旋狭缝(204a)的不同部分(2093、2094…209n)被定位成允许与所述远程目标的所述光相关联的不同光线穿过那儿同时反复地从所述二维图像传感器中获得不同色散光线的二维图像(117c、117d…117n)并组合所述第一和第二二维图像以及不同的二维图像以提供所述远程目标的二维区域的高光谱图像。
3.如权利要求2所述的高光谱成像系统，其特征在于，所述控制器控制所述致动器来以恒定速度使所述盘旋转同时获得所述第一和第二二维图像以及所述不同的二维图像。
4.如权利要求1所述的高光谱成像系统，其特征在于，所述色散设备是衍射光栅。
5.如权利要求1所述的高光谱成像系统，其特征在于，所述色散设备是棱镜。
6.如权利要求1所述的高光谱成像系统，其特征在于，所述螺旋狭缝(204a)位于所述盘的内部部分上。
7.如权利要求1所述的高光谱成像系统，其特征在于，所述第一光线与关联于所述远程目标的所述光的第一部分相关联并且所述第二光线与关联于所述远程目标的所述光的第二部分相关联并且其中关联于所述远程目标的所述光的所述第一部分与关联于所述远程目标的所述光的所述第二部分连续。
8.一种用于提供一远程目标(104)的二维区域的高光谱图像(102)的方法(200c)，所述方法包括下列步骤：
提供(202c)高光谱成像系统(100a)，所述高光谱成像系统(100a)包括：
至少一个光学器件(106)；
盘(202)，在所述盘(202)中形成有连续的螺旋狭缝(204a)；
致动器(206)，用于使所述盘旋转；
控制器(114)；
光谱仪(110)；以及
二维图像传感器(112)；
定位(204c')所述至少一个光学器件以接收与所述远程目标相关联的光(115a)；
控制(206c)所述致动器以使得使所述盘旋转以使所述螺旋狭缝(204a)的第一部分(2091)被定位成允许与所述远程目标相关联的第一光线(115c)穿过那儿到达所述光谱仪，所述光谱仪包括至少色散设备(116)，所述色散设备(116)配置成接收所述第一光线并将第一色散光线(115e)输出至所述二维图像传感器；
从所述二维图像传感器中获得(208c)所述第一色散光线的第一二维图像(117a)；
控制(210c)所述致动器以使得使所述盘旋转以使所述螺旋狭缝(204a)的第二部分(2092)被定位成允许与所述远程目标相关联的第二光线(115g)穿过那儿到达所述光谱仪，所述光谱仪包括至少所述色散设备，所述色散设备配置成接收所述第二光线并将第二色散光线(115i)输出至所述二维图像传感器；以及
从所述二维图像传感器中获得(212c)所述第二色散光线的第二二维图像(117b)，
其中所述盘具有形成在其中的多个连续的螺旋狭缝(204b、204c)，
其中所述螺旋狭缝(204a、204b、204c)中的每一个在所述盘上彼此间隔开，使得在任意给定时间，所述螺旋狭缝(204a、204b、204c)中的任意两个各自具有同时地将与所述远程目标相关联的不同光线传到所述光谱仪的一部分；并且
所述控制器进一步配置成(1)从所述二维图像传感器获得与所述远程目标相关联的两个不同光线的对应的二维图像，(2)将所获得的二维图像分成与所述两个螺旋狭缝中的第一个螺旋狭缝相关联的二维图像以及与所述两个螺旋狭缝中的第二个螺旋狭缝相关联的二维图像，以及(3)组合仅与所述第一个螺旋狭缝相关联的各二维图像以形成所述远程目标的二维区域的第一高光谱图像并组合仅与所述第二个螺旋狭缝相关联的各二维图像以形成所述远程目标的二维区域的第二高光谱图像。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括下列步骤：反复地控制(214c)所述致动器以使得使所述盘旋转以使螺旋狭缝(204a)的不同部分(2093、2094…209n)被定位成允许与所述远程目标的所述光相关联的不同光线穿过那儿同时反复地从所述二维图像传感器中获得不同色散光线的二维图像(117c、117d…117n)并组合所述第一和第二二维图像以及不同的二维图像以提供所述远程目标的二维区域的高光谱图像。
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