CN112384770A - 高光谱相机 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于高光谱相机的光学系统和包括这种光学系统的高光谱相机。该光学系统包括：前部光学器件(1000)；图像传感器(1800)；隙缝(1500)；中继光学器件(1200)；第一光学元件(2000)，该第一光学元件被定位在隙缝(1500)之前，其中，该第一光学元件(2000)使光在平行于隙缝(1500)的方向上散焦，同时在垂直于隙缝(1500)的方向上保持聚焦；以及第二光学元件(2100)，该第二光学元件被定位在隙缝(1500)之后，其中，该第二光学元件(2100)对由第一元件(2000)引入的所描绘的场景的散焦进行补偿。

Description

高光谱相机
技术领域
本发明大体上涉及“推扫式”类型的高光谱(hyperspectral：超光谱)相机。更具体地，本发明涉及用于高光谱相机的光学系统，以及包括这种光学系统的高光谱相机。本发明还涉及高光谱数据质量的改进。
背景技术
推扫式类型的高光谱相机，即逐线地扫描场景的高光谱相机，包括：前部光学器件；隙缝(slit，缝、狭缝)，该隙缝限定正被描绘的场景中的线；带有分散性元件的中继光学器件；以及图像传感器。高光谱相机的设计通常会受到不同的折衷和最佳化，以减少从相机产生的数据中的错误和偏差。隙缝的机械瑕疵可能导致沿着隙缝的厚度不同，从而引起不同量的光在不同位置穿过隙缝。这可能导致所得到的图像中的较暗和较亮的条带。
推扫式高光谱相机典型地包括：
前部光学器件——创建正被描绘的场景的图像的光学子系统；
隙缝——阻挡来自场景的除窄条带以外的所有光的部件，有效地将窄区域从场景中截取出；
具有分散性元件的中继光学器件——光学子系统，其将场景的非常窄区域的图像投影到图像传感器上，其中，光在垂直于隙缝的方向上被光谱性分散；
图像传感器。
这种相机的瞬时视场是窄条带。通过使相机在垂直于隙缝的方向上相对于场景移动并在此过程中进行若干次曝光，来获得场景的二维图像。
图2示出了包含所有这些元件和子系统的简化的高光谱相机。在实际的高光谱相机中，每个子系统通常比单个元件更复杂，以实现所要求的光学图像质量。图2示出了透射和折射元件，但是光学元件中的所有光学元件或任一光学元件可以是反射类型的。
现有技术
加州理工学院的美国专利第6,100,974号描述了一种基于“Offner”设计的高光谱相机。专利中的图4示出了Offner光谱仪的典型布局。前部光学器件(在这种情况下，三镜式消象散透镜组(anastigmat：去像散透镜组、消象散镜组))形成场景的中间图像。隙缝被定位在与中间图像相同的平面中。隙缝可以从图像中截取窄区域。该区域通过中继光学器件投影到传感器上。由于中继光学器件具有分散性元件(凸状衍射光栅)，因此场景的窄区域的图像在二维传感器阵列上被光谱性分散。阵列的不同像素行是场景的窄区域在不同光谱带中的图像。通过使相机在垂直于隙缝的方向上相对于场景移动，可以获得完整的三维高光谱数据立方体(两个空间维度和一个光谱维度)。
学术出版物“Modelling spatial and spectral systematic noise patternson CHRIS/PROBA hyperspectral data”,Luis Gomez-Chova等人，Image and SignalProcessing for Remote Sensing XII,Proc.of SPIE,6365,63650Z期，(2006)描述了对包括图像数据中的条带的数据进行校准的挑战。该出版物的图1示出了具有可变宽度的隙缝将如何在所获取的图像中引起伪像(条带)。在正文中解释了可以对隙缝宽度的这种变化进行表征，并且该校准数据可以用于从所获取的数据中除去条带。需要指出的是，在使用或运输过程中，光学系统可能会受到影响，并且校准数据将不再有效。该出版物的作者解释了一些图像处理方法，这些图像处理方法对图像做出了各种假设，并可能降低条带的强度。
专利US 9,891,107 B1描述了一种光学系统，该光学系统可以用作推扫式高光谱相机或时间二维相机。光学系统具有可以移入光学路径和从光学路径移出的隙缝，以及可变分散度的分散性元件。当将隙缝放置在光学系统的光学路径中并且分散性元件处于分散性运行模式时，则光学系统将充当推扫式高光谱相机。当隙缝从光学路径移出并且分散性元件处于非分散性运行模式时，则光学系统将充当时间二维相机。另外，由于隙缝位置和分散强度都是能够连续调节的，因此与较传统的推扫式高光谱相机相比，高光谱相机模式下的光学系统具有附加的益处。隙缝移动可以用于在整个场景上进行扫描，消除对外部扫描机制的需要。可以增大分散强度以改进光谱分辨率，或降低分散强度以改进信噪比。
发明内容
本发明要解决的问题
本发明的主要目的是通过减少由于隙缝的机械瑕疵而可能出现的条带伪像来改进来自推扫式高光谱相机的图像质量。
尽管理想地，隙缝具有带有直边缘的矩形形状，但是实际的隙缝由于边缘上的机械瑕疵而通常具有略微变化的宽度。由于期望在传感器平面中具有隙缝和场景两者的清晰图像，因此这些小的瑕疵造成传感器照度的变化。这些变化不代表场景的特征，而是由于沿着隙缝的透射不均匀而造成的伪像。这种情况可能的示例可能是隙缝边缘的机械瑕疵，甚至是粘在隙缝中的尘粒。使用推扫式高光谱相机进行图像获取需要进行扫描，并且在获取的图像中，隙缝的更窄区域产生微弱的暗条带，而隙缝的较宽区域产生微弱的亮条带。
可以通过相机细致的表征来减轻这种效应：对不想要的照度的变化进行映射，并将适当的校正应用至所获取的图像。问题在于，随着时间，隙缝可能会相对于传感器平面稍微移动(以及可能会出现尘粒)。虽然这种小的移动对于沿着隙缝缓慢改变的较大的大小的隙缝瑕疵(诸如，隙缝边缘彼此略微不平行)并不重要，但考虑小锯齿、毛刺和灰尘规格的校准将不再正确。结果，图像将具有平行于扫描方向延伸的微弱的直细条带。
相机的重新校准将解决该问题，直到发生隙缝新的小移动、隙缝上出现灰尘的新规格等为止。
解决问题的手段
根据本发明，通过如独立权利要求1的前序部分中限定的、具有独立权利要求1的特征部分的特征的用于高光谱相机的光学系统来实现这些目的。
本发明的许多非穷举的实施方式、变型或替代方案由从属权利要求限定。
发明内容
本发明的基本概念是将第一光学元件(2000)放置在隙缝前面，并将第二光学元件(2100)放置在隙缝之后。第一光学元件的目的是仅沿一个方向即沿着隙缝扩展光束，使得通常与场景中和图像线中的点相关的光将沿着隙缝沿较长的距离散布，使得隙缝的开口中的变化将对正被描绘的图像线中的每个点处的图像信号具有较小的影响。
第二光学元件的目的是校正由第一光学元件引入的效应，使得所得到的图像数据将看起来像正常情况一样，除了图像中的暗条带或亮条带已被模糊并由此被减少。
从光学设计者的观点来看，场景的特征首先被第一光学元件散焦，然后被第二光学元件聚焦，而隙缝的瑕疵仅被第二光学元件散焦。
本发明的一个可能的实施方式是将弱负柱形透镜放置在隙缝前面作为第一光学元件，并且将匹配的弱正柱形透镜放置在隙缝之后作为第二光学元件。该构思是第二光学元件应取消或校正由第一光学元件引入的效应。
本发明的第一方面是一种用于高光谱相机的光学系统，其中该光学系统包括：前部光学器件，该前部光学器件是被布置用于创建正被描绘的场景的图像的光学子系统；图像传感器；以及隙缝，该隙缝包括隙缝表面和穿过隙缝的隙缝开口，该隙缝开口在隙缝表面上形成条带，其中，条带具有沿着条带中心的长度以及跨条带、垂直于条带中心的每个点的宽度，其中，总长度至少比最大宽度大一数量级，其中，隙缝被布置用于阻挡来自场景的除了穿过隙缝开口的光之外的光，有效地从场景中截取出窄区域。光学系统还包括具有分散性元件的中继光学器件，该中继光学器件是被布置用于将场景的窄区域的图像投影到图像传感器上的光学子系统，其中，来自窄场景的光在与条带的切线垂直的方向上被光谱性分散。光学系统还包括：被定位在隙缝之前的第一光学元件，其中，第一光学元件具有使光在与条带的切线平行的方向上散焦而在与条带的切线垂直的方向上、在中心的每个点处保持聚焦的形态(form：形状、形式)；以及被定位在隙缝之后的第二光学元件，其中，第二光学元件对由第一元件引入的散焦进行补偿。
可选地，隙缝表面是平面，并且可选地，窄条带是线性的或柱形的。
可选地，第一光学元件包括负柱形透镜，并且第二光学元件包括正柱形透镜。
可选地，第一光学元件包括正柱形透镜，并且第二光学元件包括负柱形透镜。
可选地，第一光学元件是具有像散的前部光学器件，使得在隙缝表面上的图像在与隙缝的切线平行的方向上被散焦，以及第二光学元件是具有下述像散的中继光学器件，所述像散被布置成取消前部光学器件的像散。
可选地，通过使用下述光学表面来创建前部光学器件和中继光学器件中的像散，在该光学表面中，在两个正交的X方向和Y方向上的光学功率不同，并且在该光学表面中，两个方向都与光学轴线Z正交。
可选地，前部光学器件和中继光学器件在前部光学器件和中继光学器件两者中具有被定位成偏离光学轴线的至少一个光学表面以创建像散，这将在隙缝之前引入散焦并在隙缝之后对该散焦进行补偿，并且还可选地，前部光学器件和中继光学器件中的像散是部分地未校正的像差像散，利用该像差非零地偏离所述光学轴线的，以及将整个隙缝定位成偏离光学轴线。
可选地，第一光学元件用于使光散焦，并且第二光学元件用于对散焦进行补偿。
可选地，光学系统包括保护隙缝免受尘粒和水分的模块，该模块使用第一光学元件和第二光学元件作为该模块中的窗口保护隙缝。
可选地，保护隙缝的模块是以下中之一：i)被密封且填充有氮气或惰性气体；ii)被抽空以获得内部真空。
本发明的另外的方面是一种高光谱相机，其中，相机包括根据本发明的光学系统，并且其中，相机还包括控制电子器件，所述控制电子器件被布置用于：i)控制图像传感器和其他相机功能；ii)获取包含空间和光谱图像信息的图像或图像线；以及iii)下述项中的至少一者，所述项为a)存储所述空间和光谱图像信息和b)传输所述空间和光谱图像信息。
本发明的另外的方面是一种用于使用包括根据本发明的光学系统的高光谱相机来获取高光谱数据的方法。
本发明的再一另外的方面是一种用于改进高光谱相机的图像质量的方法，该方法包括以下步骤：
-在来自场景的光到达隙缝之前，使来自场景的光在与隙缝中的开口的切线平行的方向上散焦；
-通过隙缝的表面阻挡来自场景的光，并且仅允许来自窄区域的光穿过隙缝中的开口，来将窄区域从场景中截取出；
-在来自窄区域的光已经通过隙缝之后，对散焦进行补偿；
-在该补偿之后对来自窄区域的光进行光谱性分散，并将窄区域的经光谱性分散的图像投影到图像传感器上。
附图说明
在考虑参考附图给出的本发明的示例性实施方式的以下详细描述之后，在所附权利要求中具体阐述的本发明的上述和另外的特征以及其优点将变得较清楚。
以下将结合附图中示意性示出的示例性实施方式进一步描述本发明，其中：
图1a和图1b示出了根据本发明的高光谱相机的光学系统的原理。
图1a示出了具有与附图平面垂直的隙缝(1500)的相机的光学布局侧视图。
图1b与图1a类似，除了光学系统已绕光学轴线旋转90度。
图2示出了高光谱相机的光学系统的标准实施形式。图2与图1类似。然而，图2所示的系统不包括像散元件(2000、2100)。
图2a示出了可以看出具有与附图平面垂直的隙缝(1500)的光学系统。
图2b示出了图2a的光学系统，但旋转了90度。
图3示出了具有较小机械缺陷(1550)的隙缝(1500)以及对所获取图像的效应。
图3a示出了具有使得隙缝(1500)在一个位置处较窄的机械缺陷(1550)的隙缝。
图3b例示隙缝(1500)中的机械缺陷(1550)可以如何影响所获得的图像(1830)。
图4示出了光射线(1600、1620)在不同情况下通过隙缝平面(1500)时的截面。
图4a示出了针对根据现有技术的高光谱相机的在射线穿过隙缝平面(1500)——此时该隙缝平面(1500)中不存在缺陷——时来自场景中一点的射线截面(1600)。
图4b示出了在该区域中存在机械缺陷(1550)时射线的同一截面。
图4c示出了根据本发明的高光谱相机的来自场景中的点的射线(1620)的截面。
图4e示出了根据本发明的高光谱相机在正常情况下对图像中的点(1836)进行显示所获得的图像(1832)。
图4f示出了根据本发明的高光谱相机在隙缝(1500)中具有机械缺陷(1550)的情况下，所获得的图像(1834)中的点(1838)。
图5a示出了具有矩形隙缝开口(1520)的隙缝表面1510。
图5b示出了具有弯曲隙缝开口(1520)的隙缝表面(1510)。
图5c示出了具有隙缝开口(1520)的隙缝表面(1510)，该隙缝开口具有沿着隙缝开口(1520)的不同宽度。
图5d示出了隙缝开口(1520)的长边的可能的切线(1560)，其中，方向(1565)相对地垂直于所指示的切线(1560)。
附图标记描述
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具体实施方式
在下文中参考附图更充分地描述本公开内容的各个方面。然而，本公开内容可以以许多不同的形式体现，并且不应被解释为受限于贯穿本公开内容呈现的任何特定结构或功能。相反，提供这些方面使得本公开内容将是透彻和完整的，并将向本领域技术人员充分传达本公开内容的范围。基于本文的教导，本领域技术人员应知晓，本公开内容的范围旨在覆盖本文公开的本公开内容的任何方面，无论是独立于本公开内容的任何其他方面还是与本公开内容的任何其他方面组合地实现。例如，可以使用本文阐述的任何数量的方面来实现一种设备或可以实践一种方法。另外，本公开内容的范围旨在覆盖这样的设备或方法，该设备或方法使用包括本文阐述的本公开内容的各个方面在内的或除开本文阐述的本公开内容的各个方面之外的其他结构、功能、或者结构和功能来实践。应当理解，本文公开的本公开内容的任何方面可以由权利要求的一个或多个要素来体现。
在参考附图描述实施方式之前，以更一般的方式介绍本发明。
场景的图像在大致平行于隙缝的方向X上在隙缝平面内被散焦，同时在垂直于隙缝的方向Y上保持良好的聚焦。隙缝图像在X方向被聚焦后，同时在Y方向上仍保持良好聚焦。
这里的“在隙缝之前”表示在隙缝之前的任何位置，包括在前部光学器件之前的位置。同样，“在隙缝之后”是指“在隙缝之后的任何地方”，包括在中继光学器件之后。
通过将这些散焦元件嵌入到前部光学器件和中继光学器件中，可以实现相同的功能。例如，可以使一些光学表面像散，即在两个正交方向上具有稍微不同的光学功率。替代地，光学系统可以具有残余像散，并且可以偏离轴线地使用光学系统的至少一个元件。这种实施方式的一个实施例是三镜式消象散透镜组或四镜式消象散透镜组。不太理想，但可能的方案是使用具有未校正像散的完全轴向对称的系统。这样的光学系统将减少图像中除视场中间以外的所有地方的条带伪像。就像两个弱柱形透镜的情况中一样，这些方案中的任何方案都应具有带有下述像散的中继光学器件，所述像散对前部光学器件的像散进行补偿。
图1示出了根据本发明的高光谱相机的光学系统的原理。图1a从一侧示出了光学系统，使得隙缝(1500)垂直于附图平面。前部光学器件(1000)收集光并使光聚焦，使得聚焦平面处于隙缝平面(1500)中。之后，光传播通过包括分散性元件(1250)的中继光学器件(1200)，并被聚焦到图像传感器(1800)上。由于分散性元件(1250)，具有不同波长的光被聚焦到图像传感器(1800)的不同部分上。示例波长λ1(lambda：希腊字母中的第十一个字母)的射线由箭头(1900)指示，而示例波长λ2的射线由箭头(1910)指示。光还穿过隙缝(1500)之前的第一像散元件(2000)，并且光还穿过隙缝之后的第二像散元件(2100)。从图中可以看出，在图1a所示的视图/截面中，两个像散元件(2000、2100)是中立(neutral：中性)的。
图1b中的视图与图1a类似，除了光学系统已绕光学轴线旋转了90度，使得隙缝现在平行于附图平面。光由前部光学器件(1000)收集以被聚焦在隙缝平面中，并且第一像散元件(2000)使光在平行于隙缝的方向上散焦(图1b)，同时保持垂直于隙缝的聚焦(图1a)。然后，光被第二像散元件(2100)收集，并传播通过包括分散性元件(1250)的中继光学器件(1200)。然后光被聚焦到图像传感器上(1800)。第二像散元件(2100)将中和第一像散元件(2000)的效应。
在图1中，光通过隙缝平面(1500)而没有被聚焦成一点，相反，光被分布成跨更大的截面(1620)。由于宽的截面(1620)，隙缝(1500)中的小缺陷将对图像传感器(1800)处的信号强度产生更小的影响。
图2示出了高光谱相机的光学系统的标准实施形式。图2与图1类似。然而，图2所示的系统不包括像散元件(2000、2100)。图2a示出了具有垂直于附图平面的隙缝(1500)的光学系统，而在图2b中的光学系统被旋转了90度。在图2a和图2b这两个视图中，光被聚焦在隙缝平面(1500)中。隙缝开口的厚度的偏差然后可能对穿过隙缝的光的实际量产生影响，可能导致所获得图像中的纵向条带。前部光学器件(1000)收集光并将光聚焦到隙缝平面(1500)中。包括分散性元件(1250)的中继光学器件收集通过隙缝的光并将其聚焦到图像传感器(1800)上。来自第一波长的光(1900)被聚焦到图像传感器(1800)上的由箭头指示的一个位置上，而来自第二波长的光(1910)被聚焦到由箭头指示的另一位置上。
图3示出了具有较小机械缺陷(1550)的隙缝(1500)以及对所获取图像的效应。图3a示出了具有使得隙缝(1500)在一个位置处较窄的机械缺陷(1550)的隙缝。窄的隙缝典型地会让较少的光通过，并且具有机械缺陷(1550)——其会使一小部段比所指定的更窄——的隙缝将让较少的光在具有机械缺陷(1550)的区域中通过，导致所获得的图像(1830)中的较暗的条带(1850)。
图3b例示隙缝(1500)中的机械缺陷(1550)可以如何影响所获得的图像(1830)。纵向条带(1850)将出现在图像(1830)中。
图4示出了光射线在不同情况下通过隙缝平面(1500)时的截面(1600、1620)以及所获得图像(1832、1834)的一些实施例。图4a示出了针对根据现有技术的高光谱相机的在射线穿过隙缝平面(1500)——此时该隙缝平面(1500)中不存在缺陷——时来自场景中一点的射线截面(1600)。图4b示出了在该区域中存在机械缺陷(1550)时射线的同一截面。可以容易地理解，可能会显著地减少通过包括机械缺陷(1550)的区域的光的量。
图4c示出了针对根据本发明的高光谱相机的来自场景中的点的射线截面(1620)。射线以宽截面(1620)而不是点状截面(1600)通过隙缝(1500)。
图4d示出了根据本发明的高光谱相机中的具有机械缺陷的隙缝(1550)。射线具有与图4c中相同的宽截面。在图4d所示的情况下，机械缺陷(1550)将仅影响截面的一部分，使得光强度的减少将远小于图4b所示的实施例。
图4e示出了根据本发明的高光谱相机在正常情况下对图像中的点(1836)进行显示所获得的图像(1832)。图4f示出了根据本发明的高光谱相机在隙缝(1500)中具有机械缺陷(1550)的情况下，所获得的图像(1834)中的点(1838)。在根据本发明的高光谱相机中，图像几乎不受隙缝(1500)中的机械缺陷(1550)的影响。
图5示出了隙缝表面和隙缝开口的不同方面。所示实施方式的一种替代方案是使用反射隙缝而不是在隙缝表面中使用开口的隙缝设计。然后，反射表面如镜面代替开口，但在其他方面设计可以以类似方式使用本发明。
图5a示出了具有矩形隙缝开口(1520)的隙缝表面1510。隙缝开口(1520)也可以是弯曲的，如图5b所示。图5c示出了具有隙缝开口(1520)的隙缝表面(1510)，该隙缝开口在隙缝表面(1510)中形成条带，该条带具有沿着隙缝开口(1520)的不同宽度。条带的切线是指分别地在长边或中心线的每个点处，与条带的两个长边中之一或条带的中心线相切的线，或者在三者之间的线。图5d示出了隙缝开口(1520)的长边的可能的切线(1560)，其中，方向(1565)相对地垂直于所指示的切线(1560)。
隙缝可以是直隙缝或弯曲隙缝。在具有直隙缝的情况下，隙缝将被定位在称为隙缝平面的平面上。在具有弯曲隙缝的情况下，隙缝将被定位在弯曲几何表面上。为简单起见，在整个该申请中，尽管隙缝可以是直的也可以是弯曲的，术语“隙缝平面”将用于两种情况。

Claims (15)

1.一种用于高光谱相机的光学系统，其中，所述光学系统包括：
前部光学器件(1000)，所述前部光学器件是被布置用于创建正被描绘的场景的图像的光学子系统；
图像传感器(1800)；
隙缝(1500)，所述隙缝包括隙缝表面和穿过所述隙缝(1500)的隙缝开口，所述隙缝开口在所述隙缝表面上形成条带，其中，所述条带具有沿着所述条带中心的长度以及跨所述条带、垂直于所述条带中心的每个点的宽度，其中，总长度至少比最大宽度大一数量级，其中，所述隙缝(1500)被布置用于阻挡来自场景的除了穿过所述隙缝开口的光之外的光，有效地从所述场景中截取出窄区域；
包括分散性元件(1250)的中继光学器件(1200)，所述中继光学器件(1200)是被布置用于将所述场景的所述窄区域的图像投影到所述图像传感器(1800)上的光学子系统，其中，来自所述窄场景的光在与所述条带的切线垂直的方向上被光谱性分散；
其特征在于，所述光学系统还包括：
被定位在所述隙缝(1500)之前的第一光学元件(2000)，所述第一光学元件(2000)具有使光在与所述条带的切线平行的方向上散焦而在与所述条带的切线垂直的方向上保持聚焦的形态；以及
被定位在所述隙缝(1500)之后的第二光学元件(2100)，所述第二光学元件(2100)对由所述第一元件(2000)引入的散焦进行补偿。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述隙缝表面是平面或柱形的。
3.根据权利要求1或2所述的光学系统，其中，所述窄条带是线性的。
4.根据上述权利要求中的一项所述的光学系统，其中，所述第一光学元件(2000)包括负柱形透镜，以及所述第二光学元件(2100)包括正柱形透镜。
5.根据权利要求1-3中的一项所述的光学系统，其中，所述第一光学元件(2000)包括正柱形透镜，以及所述第二光学元件(2100)包括负柱形透镜。
6.根据权利要求1-3中的一项所述的光学系统，其中，所述第一光学元件(2000)是具有像散的前部光学器件，使得在所述隙缝表面上的图像在与所述隙缝(1500)的切线平行的方向上被散焦，以及第二光学元件(2100)是具有像散的中继光学器件，所述第二光学元件被布置成取消所述前部光学器件的像散。
7.根据权利要求6所述的光学系统，其中，通过使用下述光学表面来创建所述前部光学器件和所述中继光学器件中的像散：在所述光学表面中，在两个正交的X方向和Y方向上的光学功率不同，并且在所述光学表面中，两个方向都与光学轴线Z正交。
8.根据权利要求6所述的光学系统，其中，所述前部光学器件和所述中继光学器件在所述前部光学器件和所述中继光学器件两者中均具有被定位成偏离光学轴线的至少一个光学表面以创建像散，这将在所述隙缝(1500)之前引入散焦，并在所述隙缝(1500)之后对所述散焦进行补偿。
9.根据权利要求6所述的光学系统，其中，所述前部光学器件和所述中继光学器件中的像散是部分地未校正的像差像散，利用该像差非零地偏离所述光学轴线的，以及将整个所述隙缝(1500)定位成偏离所述光学轴线。
10.根据权利要求1-3中的一项所述的光学系统，其中，在前述权利要求4-9中的任一项中描述的所述第一光学元件用于根据权利要求1-3中的一项所述的那样使光散焦，并且根据前述权利要求4-9中的任一项所述的第二光学元件用于根据权利要求1-3中的一项所述的那样来对所述散焦进行补偿。
11.根据上述权利要求中的任一项所述的光学系统，所述光学系统包括保护隙缝(1500)免受尘粒和水分的模块，所述模块使用所述第一光学元件(2000)和所述第二光学元件(2100)作为所述模块中的窗口保护所述隙缝(1500)。
12.根据权利要求11所述的光学系统，其中，保护所述隙缝(1500)的所述模块是以下中之一：i)被密封且填充有氮气或惰性气体；ii)被抽空以获得内部真空。
13.一种高光谱相机，其中，所述相机包括根据上述权利要求中的一项所述的光学系统，并且其中，所述相机还包括控制电子器件，所述控制电子器件被布置用于：i)控制图像传感器和其他相机功能，ii)获取包含空间和光谱图像信息的图像或图像线，以及iii)下述项中的至少一者，所述项为a)存储所述空间和光谱图像信息和b)传输所述空间和光谱图像信息。
14.一种使用包括根据权利要求1至12中的一项所述的光学系统的高光谱相机来获取高光谱数据的方法。
15.一种用于改进高光谱相机的图像质量的方法，所述方法包括以下步骤：
-在来自场景的光到达隙缝(1500)之前，使所述来自场景的光在与所述隙缝(1500)中的开口的切线平行的方向上散焦；
-通过由所述隙缝(1500)的表面阻挡来自场景的光，并且仅允许来自窄区域的光穿过所述隙缝(1500)中的开口，来将所述窄区域从场景中截取出；
-在来自所述窄区域的光已经通过所述隙缝之后，对所述散焦进行补偿；以及
-在所述补偿之后对来自所述窄区域的光进行光谱性分散，并将所述窄区域的经光谱性分散的图像投影到图像传感器(1800)上。
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