JP2016510882A - Hyperspectral imaging system and method for imaging remote objects - Google Patents

Hyperspectral imaging system and method for imaging remote objects Download PDF

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Abstract

遠隔物体(例えば、興味のあるシーン(104))のエリアのハイパースペクトル画像を提供するためのハイパースペクトル撮像システム(100c)及び方法が、本明細書で説明される。一態様において、ハイパースペクトル撮像システムは、少なくとも1つの光学素子(106)と、その外面に形成された複数のスリット(404)及びその中に位置する折り返しミラーを有する回転可能なドラム(402)と、分光計(110)と、2次元画像センサ(112)と、コントローラ(114)とを備えている。別の態様において、ハイパースペクトル撮像システムは、少なくとも1つの光学素子と、(自身に形成された少なくとも1つの直線スリットを有する)回転可能なディスクと、分光計と、2次元画像センサと、コントローラとを備えている。更に別の態様において、ハイパースペクトル撮像システムは、少なくとも1つの光学素子と、回転可能なディスク(自身に形成された複数の直線スリットを有する)と、分光計と、2次元画像センサと、コントローラとを備えている。A hyperspectral imaging system (100c) and method for providing a hyperspectral image of an area of a remote object (eg, a scene of interest (104)) is described herein. In one aspect, the hyperspectral imaging system includes at least one optical element (106) and a rotatable drum (402) having a plurality of slits (404) formed in an outer surface thereof and a folding mirror positioned therein. A spectrometer (110), a two-dimensional image sensor (112), and a controller (114). In another aspect, a hyperspectral imaging system includes at least one optical element, a rotatable disk (having at least one linear slit formed therein), a spectrometer, a two-dimensional image sensor, and a controller. It has. In yet another aspect, a hyperspectral imaging system includes at least one optical element, a rotatable disk (having a plurality of linear slits formed therein), a spectrometer, a two-dimensional image sensor, and a controller. It has.

Description

優先権の主張Priority claim

本出願は、米国特許法第120条の下で、2013年3月13日出願の米国特許出願第13/799630号の優先権の利益を主張し、米国特許法第120の下で、2013年3月13日出願の米国特許出願第13/798816号の優先権の利益を主張し、当該米国出願の内容は、その全体が参照により本明細書において依拠され援用される。   This application claims the benefit of priority of US patent application Ser. No. 13 / 79,630, filed on Mar. 13, 2013, under 35 U.S.C. 120, and under 2013 US Pat. Claiming the benefit of priority of US patent application Ser. No. 13 / 798,816, filed on Mar. 13, the contents of which is hereby incorporated by reference in its entirety.

関連特許出願
本出願は、かねて2012年7月23日に出願された、且つ「遠隔物体を撮像するためのハイパースペクトル撮像システム及び方法(Hyperspectral Imaging System and Method for Imaging a Remote Object)」なる名称の米国特許出願第13/555,428号に関連する。この関連特許出願の内容は、これによって、参照により本明細書に援用される。
RELATED PATENT APPLICATION This application was previously filed on July 23, 2012 and is named “Hyperspectral Imaging System and Method for Imaging a Remote Object”. Related to US patent application Ser. No. 13 / 555,428. The contents of this related patent application are hereby incorporated herein by reference.

本発明は、遠隔物体(例えば、興味のあるシーン)におけるエリアのハイパースペクトル画像を提供するためのハイパースペクトル撮像システム及び方法に関する。一態様において、ハイパースペクトル撮像システムは、少なくとも1つの光学素子、回転可能なディスク(その中に形成された少なくとも1つの螺旋状スリットを有する)、分光計、2次元画像センサ、及びコントローラを含む。別の態様において、ハイパースペクトル撮像システムは、少なくとも1つの光学素子、回転可能なディスク(その中に形成された複数の直線スリットを有する)、分光計、2次元画像センサ、及びコントローラを含む。更に別の態様において、ハイパースペクトル撮像システムは、少なくとも1つの光学素子、回転可能なドラム(その外面に形成された複数のスリット及びその中に位置する折り返しミラーを有する)、分光計、2次元画像センサ、及びコントローラを含む。   The present invention relates to a hyperspectral imaging system and method for providing a hyperspectral image of an area in a remote object (eg, a scene of interest). In one aspect, the hyperspectral imaging system includes at least one optical element, a rotatable disk (having at least one helical slit formed therein), a spectrometer, a two-dimensional image sensor, and a controller. In another aspect, a hyperspectral imaging system includes at least one optical element, a rotatable disk (having a plurality of linear slits formed therein), a spectrometer, a two-dimensional image sensor, and a controller. In yet another aspect, the hyperspectral imaging system includes at least one optical element, a rotatable drum (having a plurality of slits formed on its outer surface and a folding mirror positioned therein), a spectrometer, and a two-dimensional image. Includes a sensor and a controller.

従来のハイパースペクトル撮像システムは、典型的には、興味のある遠隔物体の画像を固定スリット上に形成する撮像レンズを有し、固定スリットには分光計が続く。分光計は、オフナー分光計、ダイソン分光計、又は幾つかの他のタイプの分光計のいずれか1つとして構成されても良い。しかしながら、固定スリットを備えたハイパー分光計アーキテクチャは、遠隔物体からの単一光線のハイパースペクトルを形成することに制限される。更に、固定スリットを備えたハイパー分光計アーキテクチャは、固定スリットのスペクトルに対応する、画像センサ上の画素だけを満たすことに制限される。遠隔物体からの単一光線のハイパースペクトル画像を遠隔物体の2次元エリアに拡張するための2つの周知の技術が現在存在する。第1の周知の技術は、遠隔物体のエリアのハイパースペクトル画像を取得するために、ハイパースペクトル撮像システム全体を固定スリットに対して垂直な方向に移動させるステップと、画像撮影をその動作と同期させるステップとを含む。この技術は、「押しぼうき」法と呼ばれることが多い。第2の周知の技術は、遠隔物体のエリアのハイパースペクトル画像を取得するために、回転ミラーを撮像レンズの前に配置するステップと、次に画像撮影をミラーの回転と同期させるステップとを含む。遠隔物体のエリアのハイパースペクトル画像を取得するための従来のハイパースペクトル撮像システム及びこれらの周知の技術は、幾つかの用途で功を奏する可能性があるが、遠隔物体のエリアのハイパースペクトル画像を取得するために使用できる新しいハイパースペクトル撮像システムを開発することがやはり望ましい。   Conventional hyperspectral imaging systems typically have an imaging lens that forms an image of a remote object of interest on a fixed slit, followed by a spectrometer. The spectrometer may be configured as any one of an Offner spectrometer, a Dyson spectrometer, or some other type of spectrometer. However, hyperspectrometer architectures with fixed slits are limited to forming a single beam hyperspectrum from a remote object. Furthermore, hyperspectrometer architectures with fixed slits are limited to filling only the pixels on the image sensor that correspond to the fixed slit spectrum. There are currently two well-known techniques for extending a single ray hyperspectral image from a remote object to a two-dimensional area of the remote object. The first known technique is to move the entire hyperspectral imaging system in a direction perpendicular to the fixed slit to acquire a hyperspectral image of the area of the remote object and to synchronize the image capture with its operation. Steps. This technique is often referred to as the “push-in” method. A second known technique includes placing a rotating mirror in front of the imaging lens to acquire a hyperspectral image of the area of the remote object, and then synchronizing the image capture with the mirror rotation. . Conventional hyperspectral imaging systems for acquiring hyperspectral images of areas of remote objects and their known techniques may work in several applications, but hyperspectral images of areas of remote objects may be used. It is still desirable to develop a new hyperspectral imaging system that can be used to acquire.

遠隔物体のエリアのハイパースペクトル画像を提供するためのハイパースペクトル撮像システム及び方法が、本出願の独立請求項で説明されている。遠隔物体のエリアのハイパースペクトル画像を提供するためのハイパースペクトル撮像システム及び方法の有利な実施形態が、従属請求項で説明されている。   Hyperspectral imaging systems and methods for providing hyperspectral images of areas of remote objects are described in the independent claims of this application. Advantageous embodiments of a hyperspectral imaging system and method for providing a hyperspectral image of an area of a remote object are described in the dependent claims.

本発明の一態様において、遠隔物体の2次元エリアのハイパースペクトル画像を提供するためのハイパースペクトル撮像システム(及び関連する方法)がある。このハイパースペクトル撮像システムは、(a)遠隔物体に関連する光を受信するように構成された少なくとも1つの光学素子と、(b)螺旋状スリットが形成されたディスクであって、少なくとも1つの光学素子から光を受信するように構成された、少なくとも1つの光学素子の画像面に更に配置される表面を含むディスクと、(c)ディスクを回転させるアクチュエータと、(d)遠隔物体に関連する第1の光線が螺旋状スリットの第1の部分を通過できるように、ディスクが回転されて螺旋状スリットの第1の部分が配置されるようにアクチュエータを制御するように構成されたコントローラと、(e)第1の光線を受信して第1の分散光線を出力するように構成された分散装置を少なくとも備えた分光計と、(f)第1の分散光線を受信して第1の分散光線の第1の2次元画像を提供するように構成された2次元画像センサとを備え、(g)コントローラが、第1の2次元画像を取得するように構成され、且つ遠隔物体に関連する第2の光線が螺旋状スリットの第2の部分を通過できるようにディスクが回転されて螺旋状スリットの第2の部分が配置されるように、アクチュエータを制御するように構成され、(h)分光計が、第2の光線を受信して第2の分散光線を出力するように構成された分散装置を少なくとも備え、(i)2次元画像センサが、第2の分散光線を受信して第2の分散光線の第2の2次元画像を提供するように構成され、(j)コントローラが、第2の2次元画像を取得するように構成され、(k)遠隔物体の光に関連する異なる光線が、螺旋状スリットの異なる部分を通過できるように、ディスクが回転されて螺旋状スリットの異なる部分が配置されるように、コントローラが、アクチュエータを繰り返し制御し、一方で遠隔物体の2次元エリアのハイパースペクトル画像を提供するために、異なる分散光線の2次元画像を2次元画像センサから繰り返し取得し、且つ第1及び第2の2次元画像並びに異なる2次元画像を組み合わせる。   In one aspect of the invention, there is a hyperspectral imaging system (and associated method) for providing a hyperspectral image of a two-dimensional area of a remote object. The hyperspectral imaging system includes: (a) at least one optical element configured to receive light associated with a remote object; and (b) a disk formed with a helical slit, wherein the optical spectrum includes at least one optical element. A disk configured to receive light from the element and including a surface further disposed in the image plane of the at least one optical element; (c) an actuator for rotating the disk; and (d) a second object associated with the remote object. A controller configured to control the actuator such that the disk is rotated and the first portion of the spiral slit is positioned so that one light beam can pass through the first portion of the spiral slit; e) a spectrometer having at least a dispersion device configured to receive the first light beam and output the first dispersed light beam; and (f) the first dispersed light beam. And a two-dimensional image sensor configured to provide a first two-dimensional image of the first dispersed light beam, and (g) the controller is configured to acquire the first two-dimensional image. And controlling the actuator so that the disk is rotated and the second portion of the helical slit is positioned so that a second light beam associated with the remote object can pass through the second portion of the helical slit. (H) the spectrometer includes at least a dispersion device configured to receive the second light beam and output the second dispersed light beam, and (i) the two-dimensional image sensor includes the second light beam Configured to receive the dispersed rays and provide a second two-dimensional image of the second dispersed rays; (j) the controller is configured to acquire the second two-dimensional image; and (k) the remote Different rays related to the light of the object The controller repeatedly controls the actuator so that the disk is rotated and different parts of the spiral slit are placed so that different parts of the object can be passed, while a hyperspectral image of a two-dimensional area of the remote object is obtained. To provide, two-dimensional images of different dispersed rays are repeatedly acquired from a two-dimensional image sensor, and the first and second two-dimensional images and the different two-dimensional images are combined.

本発明の別の態様において、遠隔物体の2次元エリアのハイパースペクトル画像を提供するためのハイパースペクトル撮像システム(及び関連する方法)がある。このハイパースペクトル撮像システムは、(a)遠隔物体に関連する光を受信するように構成された少なくとも1つの光学素子と、(b)複数の直線スリットが形成されたディスクであって、少なくとも1つの前部光学素子から光を受信するように構成された、少なくとも1つの光学素子の画像面に更に配置される表面を含むディスクと、(c)ディスクを回転させるアクチュエータと、(d)遠隔物体に関連する第1の光線が複数の直線スリットの第1の直線スリットを通過できるように、ディスクが回転されて複数の直線スリットの第1の直線スリットが配置されるようにアクチュエータを制御するように構成されたコントローラと、(e)第1の光線を受信して第1の分散光線を提供するように構成された分散装置を備えた分光計と、(f)第1の分散光線を受信して第1の分散光線の第1の2次元画像を提供するように構成された2次元画像センサとを備え、(g)コントローラが、第1の2次元画像を取得するように構成され、且つ遠隔物体に関連する第2の光線が複数の直線スリットの第2の直線スリットを通過できるようにディスクが回転されて複数の直線スリットの第2の直線スリットが配置されるように、アクチュエータを制御するように構成され、(h)分光計が、第2の光線を受信して第2の分散光線を出力するように構成された分散装置を少なくとも備え、(i)2次元画像センサが、第2の分散光線を受信して第2の分散光線の第2の2次元画像を提供するように構成され、(j)コントローラが、第2の2次元画像を取得するように構成され、(k)遠隔物体の光に関連する異なる光線が、複数の直線スリットの異なる直線スリットを通過できるように、ディスクが回転されて複数の直線スリットの異なる直線スリットが配置されるように、コントローラが、アクチュエータを繰り返し制御し、一方で遠隔物体の2次元エリアのハイパースペクトル画像を提供するために、異なる分散光線の2次元画像を2次元画像センサから繰り返し取得し、且つ第1及び第2の2次元画像、並びに異なる2次元画像を組み合わせる。   In another aspect of the invention, there is a hyperspectral imaging system (and associated method) for providing a hyperspectral image of a two-dimensional area of a remote object. The hyperspectral imaging system includes: (a) at least one optical element configured to receive light associated with a remote object; and (b) a disc having a plurality of linear slits formed therein, the at least one optical element comprising: A disk configured to receive light from the front optical element and including a surface further disposed on the image plane of the at least one optical element; (c) an actuator for rotating the disk; and (d) a remote object. The actuator is controlled such that the disk is rotated and the first linear slits of the plurality of linear slits are arranged so that the associated first light beam can pass through the first linear slits of the plurality of linear slits. A configured controller; and (e) a spectrometer comprising a dispersion device configured to receive a first light beam and provide a first dispersed light beam; f) a two-dimensional image sensor configured to receive the first dispersed light beam and provide a first two-dimensional image of the first dispersed light beam, and (g) the controller includes the first two-dimensional image A second linear slit of the plurality of linear slits configured to acquire an image and rotated so that a second ray associated with the remote object can pass through the second linear slit of the plurality of linear slits (H) the spectrometer comprises at least a dispersion device configured to receive the second light beam and output the second dispersed light beam, (I) a two-dimensional image sensor is configured to receive the second dispersed light beam and provide a second two-dimensional image of the second dispersed light beam; (j) the controller is configured to provide the second two-dimensional image. Is configured to obtain (k) The controller moves the actuator so that the disc is rotated and different linear slits are placed in the plurality of linear slits so that different rays associated with the light of the remote object can pass through the different linear slits in the plurality of linear slits. In order to repeatedly control, while providing a hyperspectral image of a two-dimensional area of a remote object, two-dimensional images of different dispersed rays are repeatedly acquired from a two-dimensional image sensor, and first and second two-dimensional images; In addition, different two-dimensional images are combined.

本発明の更に別の態様において、遠隔物体の2次元エリアのハイパースペクトル画像を提供するためのハイパースペクトル撮像システム(及び関連する方法)がある。このハイパースペクトル撮像システムは、(a)遠隔物体に関連する光を受信するように構成された少なくとも1つの光学素子と、(b)自身の表面に形成された少なくとも1つのスリット及び自身に位置する折り返しミラーを備えた回転ドラムであって、回転ドラムが、少なくとも1つの前部光学素子からの光が通過し且つ折り返しミラーによって表面の内部の方へ反射される、回転ドラムの一側における開口部を有し、表面の内部が、少なくとも1つの光学素子の画像面に配置される回転ドラムと、(c)ドラムを回転させるアクチュエータと、(d)遠隔物体に関連する第1の光線が少なくとも1つのスリットの第1のスリットを通過できるように、ドラムが回転されて少なくとも1つのスリットの第1のスリットが配置されるようにアクチュエータを制御するように構成されたコントローラと、(e)第1の光線を受信して第1の分散光線を出力するように構成された分散装置を少なくとも備えた分光計と、(f)第1の分散光線を受信して第1の分散光線の第1の2次元画像を提供するように構成された2次元画像センサとを備え、(g)コントローラが、第1の2次元画像を取得するように構成され、且つ遠隔物体に関連する第2の光線が少なくとも1つのスリットの第1の直線スリットを通過できるようにドラムが回転されて少なくとも1つのスリットの第1の直線スリットが配置されるように、アクチュエータを制御するように構成され、(h)分光計が、第2の光線を受信して第2の分散光線を出力するように構成された分散装置を少なくとも備え、(i)2次元画像センサが、第2の分散光線を受信して第2の分散光線の第2の2次元画像を提供するように構成され、(j)コントローラが、第2の2次元画像を取得するように構成され、(k)遠隔物体の光に関連する異なる光線が、少なくとも1つのスリットの第1のスリットを通過できるように、ドラムが回転されて少なくとも1つのスリットの第1のスリットが配置されるように、コントローラが、アクチュエータを繰り返し制御し、一方で遠隔物体の2次元エリアのハイパースペクトル画像を提供するために、異なる分散光線の2次元画像を2次元画像センサから繰り返し取得し、且つ第1及び第2の2次元画像、並びに異なる2次元画像を組み合わせる。   In yet another aspect of the invention, there is a hyperspectral imaging system (and associated method) for providing a hyperspectral image of a two-dimensional area of a remote object. The hyperspectral imaging system is located on (a) at least one optical element configured to receive light associated with a remote object, and (b) at least one slit formed on its surface and on itself. An opening on one side of the rotating drum with a turning mirror, wherein the rotating drum passes light from at least one front optical element and is reflected towards the inside of the surface by the turning mirror A rotating drum whose surface is disposed in the image plane of the at least one optical element, (c) an actuator for rotating the drum, and (d) at least one first beam associated with the remote object. The drum is rotated so that the first slit of at least one slit is arranged so that it can pass through the first slit of the two slits. A controller configured to control the actuator; (e) a spectrometer comprising at least a dispersion device configured to receive the first beam and output the first dispersed beam; and (f) a first A two-dimensional image sensor configured to receive one dispersed ray and provide a first two-dimensional image of the first dispersed ray, and (g) a controller obtains the first two-dimensional image And the drum is rotated so that a second linear ray associated with a remote object can pass through the first linear slit of the at least one slit and the first linear slit of the at least one slit is disposed. And (h) the spectrometer comprises at least a disperser configured to receive the second light beam and output the second dispersive light beam, and (i) Secondary An image sensor is configured to receive the second dispersed ray and provide a second two-dimensional image of the second dispersed ray, and (j) the controller obtains the second two-dimensional image. And (k) the drum is rotated to position the first slit of the at least one slit so that different rays associated with the light of the remote object can pass through the first slit of the at least one slit. Thus, the controller repeatedly obtains a two-dimensional image of different dispersed rays from the two-dimensional image sensor to repeatedly control the actuator while providing a hyperspectral image of the two-dimensional area of the remote object, and the first And a second two-dimensional image and a different two-dimensional image.

本発明の追加の態様は、以下の詳細な説明、図、及び任意の請求項において部分的に説明され、且つ詳細な説明から部分的に導き出されるか、又は本発明の実施によって学習することができる。前述の概要及び以下の詳細な説明の両方が、例示的で単に説明のためであること、及び開示されているように本発明を限定するものではないことを理解されたい。   Additional aspects of the present invention are described in part in the following detailed description, figures, and any claims, and are derived in part from the detailed description or can be learned by practice of the invention. it can. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not restrictive of the invention as disclosed.

本発明のより完全な理解は、添付の図面と共に読まれた場合に以下の詳細な説明を参照することによって、もたらされ得る。   A more complete understanding of the present invention can be obtained by reference to the following detailed description when read in conjunction with the accompanying drawings.

本発明の実施形態に従って、走査可能なスリット機構を有する例示的なハイパースペクトル撮像システムの基本コンポーネントを示す図である。FIG. 3 illustrates basic components of an exemplary hyperspectral imaging system having a scannable slit mechanism, in accordance with an embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に従って、走査可能なスリット機構が、ディスク(その中に形成された少なくとも1つの螺旋状スリットを有する)及び軸を中心にディスクを回転させるアクチュエータである例示的なハイパースペクトル撮像システムを示す幾つかの図である。In accordance with the first embodiment of the present invention, the exemplary hyper hyperbolic mechanism is a disk (having at least one helical slit formed therein) and an actuator that rotates the disk about an axis. FIG. 2 is a diagram illustrating several spectral imaging systems. 本発明の第1の実施形態に従って、走査可能なスリット機構が、ディスク(その中に形成された少なくとも1つの螺旋状スリットを有する)及び軸を中心にディスクを回転させるアクチュエータである例示的なハイパースペクトル撮像システムを示す幾つかの図である。In accordance with the first embodiment of the present invention, the exemplary hyper hyperbolic mechanism is a disk (having at least one helical slit formed therein) and an actuator that rotates the disk about an axis. FIG. 2 is a diagram illustrating several spectral imaging systems. 本発明の第1の実施形態に従って、図2A〜2Bに示されているハイパースペクトル撮像システムを用いて、遠隔物体の2次元エリアのハイパースペクトル画像を提供するための例示的な方法のステップを示す流れ図である。FIG. 4 illustrates exemplary method steps for providing a hyperspectral image of a two-dimensional area of a remote object using the hyperspectral imaging system shown in FIGS. 2A-2B in accordance with a first embodiment of the present invention. It is a flowchart. 本発明の第2の実施形態に従って、走査可能なスリット機構が、ディスク(その中に形成された複数の直線スリットを有する)及び軸を中心にディスクを回転させるアクチュエータである例示的なハイパースペクトル撮像システムを示す幾つかの図である。Exemplary hyperspectral imaging wherein the scannable slit mechanism is an actuator that rotates a disk about an axis (with a plurality of linear slits formed therein) and an axis, according to a second embodiment of the present invention 1 is a diagram illustrating several systems. FIG. 本発明の第2の実施形態に従って、走査可能なスリット機構が、ディスク(その中に形成された複数の直線スリットを有する)及び軸を中心にディスクを回転させるアクチュエータである例示的なハイパースペクトル撮像システムを示す幾つかの図である。Exemplary hyperspectral imaging wherein the scannable slit mechanism is an actuator that rotates a disk about an axis (with a plurality of linear slits formed therein) and an axis, according to a second embodiment of the present invention 1 is a diagram illustrating several systems. FIG. 本発明の第2の実施形態に従って、図3A〜3Bに示されているハイパースペクトル撮像システムを用いて、遠隔物体の2次元エリアのハイパースペクトル画像を提供するための例示的な方法のステップを示す流れ図である。FIG. 4 illustrates exemplary method steps for providing a hyperspectral image of a two-dimensional area of a remote object using the hyperspectral imaging system shown in FIGS. 3A-3B in accordance with a second embodiment of the present invention. It is a flowchart. 本発明の第3の実施形態に従って、走査可能なスリット機構が、回転ドラム(その表面における少なくとも1つの直線スリット及びその中に位置する折り返しミラーを有する)並びに軸を中心にドラムを回転させるアクチュエータである例示的なハイパースペクトル撮像システムを示す幾つかの図である。In accordance with a third embodiment of the present invention, a scannable slit mechanism comprises a rotating drum (having at least one linear slit on its surface and a folding mirror located therein) and an actuator that rotates the drum about an axis. FIG. 2 is a number of diagrams illustrating an exemplary hyperspectral imaging system. 本発明の第3の実施形態に従って、走査可能なスリット機構が、回転ドラム(その表面における少なくとも1つの直線スリット及びその中に位置する折り返しミラーを有する)並びに軸を中心にドラムを回転させるアクチュエータである例示的なハイパースペクトル撮像システムを示す幾つかの図である。In accordance with a third embodiment of the present invention, a scannable slit mechanism comprises a rotating drum (having at least one linear slit on its surface and a folding mirror located therein) and an actuator that rotates the drum about an axis. FIG. 2 is a number of diagrams illustrating an exemplary hyperspectral imaging system. 本発明の第3の実施形態に従って、図4A〜4Bに示されているハイパースペクトル撮像システムを用いて、遠隔物体の2次元エリアのハイパースペクトル画像を提供するための例示的な方法のステップを示す流れ図である。FIG. 4 illustrates exemplary method steps for providing a hyperspectral image of a two-dimensional area of a remote object using the hyperspectral imaging system shown in FIGS. 4A-4B in accordance with a third embodiment of the present invention. It is a flowchart.

図1を参照すると、本発明の実施形態に従って、遠隔物体104のエリアのハイパースペクトル画像102を提供するように構成された例示的なハイパースペクトル撮像システム100の基本コンポーネントを示す図がある。ハイパースペクトル撮像システム100は、1つ又は複数の光学素子106、走査可能なスリット機構108、分光計110、2次元画像センサ112、及びコントローラ114を含む。分光計110は、オフナー分光計(図示されている)、ダイソン分光計、又は分散装置116を含む他の周知の分光計のいずれか1つであっても良い。例えば、分光計110は、屈折ベースのスペクトル撮像アセンブリに対応するプリズム116として構成された分散装置116を備えても良い。又は分光計110は、回折ベースのスペクトル撮像アセンブリ(図示されている)に対応する回折格子116として構成された分散装置116を備えても良い。更に、ハイパースペクトル撮像システム100は、光学素子106、走査可能なスリット機構108、分光計110、及び2次元画像センサ112を囲み支持するハウジング118を含んでも良い。この例において、コントローラ114は、ハウジング118の外側に配置されているように示されているが、しかしやはり光学素子106(光学素子106を合焦させるために)、走査可能なスリット機構108、及び2次元画像センサ112に動作可能に結合される。ハイパースペクトル撮像システム100は、当業者に周知の他のコンポーネントを組み込むことができるが、しかし明確にするために、本発明を説明するために必要とされるコンポーネント106、108、110、112、114、116及び118だけが、本明細書で詳細に論じられる。   Referring to FIG. 1, there is a diagram illustrating basic components of an exemplary hyperspectral imaging system 100 configured to provide a hyperspectral image 102 of an area of a remote object 104 in accordance with an embodiment of the present invention. Hyperspectral imaging system 100 includes one or more optical elements 106, a scanable slit mechanism 108, a spectrometer 110, a two-dimensional image sensor 112, and a controller 114. Spectrometer 110 may be any one of an Offner spectrometer (shown), a Dyson spectrometer, or any other known spectrometer including a disperser 116. For example, spectrometer 110 may include a disperser 116 configured as a prism 116 corresponding to a refraction-based spectral imaging assembly. Alternatively, the spectrometer 110 may include a disperser 116 configured as a diffraction grating 116 corresponding to a diffraction-based spectral imaging assembly (shown). Further, the hyperspectral imaging system 100 may include a housing 118 that surrounds and supports the optical element 106, the scanable slit mechanism 108, the spectrometer 110, and the two-dimensional image sensor 112. In this example, the controller 114 is shown as being located outside the housing 118, but again the optical element 106 (to focus the optical element 106), the scanable slit mechanism 108, and Operatively coupled to the two-dimensional image sensor 112. The hyperspectral imaging system 100 may incorporate other components well known to those skilled in the art, but for clarity, the components 106, 108, 110, 112, 114 required to describe the present invention. , 116 and 118 are discussed in detail herein.

光学素子106が、遠隔物体104から光115aを受信し、且つ遠隔物体104の画像107を表す集束光115bを走査可能なスリット機構108上に導くように構成されるように、ハイパースペクトル撮像システム100は、配置される。走査可能なスリット機構108は、光学素子106から光115bを受信する表面109が、光学素子106の画像面に配置されるように、配置される。走査可能なスリット機構108は、光115bを受信し、且つ少なくとも1つの第1の光線115cを分光計110に提供する。この例において、分光計110は、オフナー分光計として構成され、且つ第1のミラー122を含み、第1のミラー122は、走査可能なスリット機構108から少なくとも1つの第1の光線を115c受信し、且つ少なくとも1つの第1の光線115dを回折格子116へ反射し、回折格子116は、少なくとも1つの回折光115eを第2のミラー124に導き、第2のミラー124は、少なくとも1つの回折光115fを2次元画像センサ112へ反射する。2次元画像センサ112は、少なくとも1つの回折光115fの2次元画像117aを生成する。   The hyperspectral imaging system 100 is configured such that the optical element 106 receives light 115a from the remote object 104 and directs the focused light 115b representing the image 107 of the remote object 104 onto the scannable slit mechanism 108. Are arranged. The scannable slit mechanism 108 is arranged such that the surface 109 that receives the light 115 b from the optical element 106 is arranged on the image plane of the optical element 106. A scannable slit mechanism 108 receives the light 115 b and provides at least one first light beam 115 c to the spectrometer 110. In this example, spectrometer 110 is configured as an Offner spectrometer and includes a first mirror 122, which receives at least one first light beam 115c from a scannable slit mechanism 108. And the at least one first light beam 115d is reflected to the diffraction grating 116, the diffraction grating 116 guides at least one diffracted light 115e to the second mirror 124, and the second mirror 124 includes at least one diffracted light. 115 f is reflected to the two-dimensional image sensor 112. The two-dimensional image sensor 112 generates a two-dimensional image 117a of at least one diffracted light 115f.

コントローラ114は、2次元画像117aを受信して記憶し、次に、走査可能なスリット機構108と対話して、遠隔物体104からの少なくとも1つの異なる光線115gが分光計110に提供されるように、スリット機構108が再構成されるようにする。分光計の第1のミラー122は、走査可能なスリット機構108から少なくとも1つの異なる光線115gを受信し、且つ少なくとも1つの異なる光線115hを回折格子116へ反射し、回折格子116は、少なくとも1つの回折光115iを第2のミラー124に導き、第2のミラー124は、少なくとも1つの回折光115jを2次元画像センサ112へ反射する。2次元画像センサ112は、少なくとも1つの回折光115jの2次元画像117bを生成する。コントローラ114は、2次元画像センサ112から回折光115jの2次元画像117bを受信し記憶する。その後、コントローラ114は、遠隔物体104からの異なる光線に関連する異なる2次元画像117c、117d...117nを取得するために、走査可能なスリット機構108及び2次元画像センサ112と同様の方法で対話する(注:異なる光線115c、115g等は、典型的には互いに隣接し、組み合わされた場合には遠隔物体104の撮像エリア全体を表すことになろう)。コントローラ114は、遠隔物体104のエリアのハイパースペクトル画像102を提供するために、2次元画像117a、117b、117c...117nを組み合わせる。幾つかの異なるタイプの走査可能なスリット機構108を組み込むハイパースペクトル撮像システム100の幾つかの異なる実施形態における構成及び操作に関する詳細な説明が、図2〜4に関連して以下で提供される。   The controller 114 receives and stores the two-dimensional image 117a and then interacts with the scannable slit mechanism 108 so that at least one different light beam 115g from the remote object 104 is provided to the spectrometer 110. The slit mechanism 108 is reconfigured. The first mirror 122 of the spectrometer receives at least one different light beam 115g from the scannable slit mechanism 108 and reflects at least one different light beam 115h to the diffraction grating 116, the diffraction grating 116 being at least one The diffracted light 115 i is guided to the second mirror 124, and the second mirror 124 reflects at least one diffracted light 115 j to the two-dimensional image sensor 112. The two-dimensional image sensor 112 generates a two-dimensional image 117b of at least one diffracted light 115j. The controller 114 receives and stores the two-dimensional image 117b of the diffracted light 115j from the two-dimensional image sensor 112. Thereafter, the controller 114 may determine whether the different two-dimensional images 117c, 117d. . . In order to obtain 117n, it interacts in a manner similar to the scannable slit mechanism 108 and the two-dimensional image sensor 112 (Note: different light beams 115c, 115g, etc. are typically adjacent to each other and when combined Will represent the entire imaging area of the remote object 104). Controller 114 provides two-dimensional images 117a, 117b, 117c. . . Combine 117n. A detailed description of the configuration and operation of several different embodiments of the hyperspectral imaging system 100 incorporating several different types of scannable slit mechanisms 108 is provided below in connection with FIGS.

図2A〜2Bを参照すると、本発明の第1の実施形態に従って、ハイパースペクトル撮像システム100aを示す幾つかの図があり、そこでは、走査可能なスリット機構108は、少なくとも1つの螺旋状スリット204(この例では、3つの螺旋状スリット204a、204b、及び204cが示されている)が形成されたディスク202と、軸208を中心にディスク202を回転させるアクチュエータ206とである。ハイパースペクトル撮像システム100aは、光学素子106、回転ディスク202、アクチュエータ206、分光計110(少なくとも分散装置116を備える)、2次元画像センサ112、コントローラ114、及びハウジング118(図示せず)を含む。光線が一コンポーネントから別のコンポーネントまで適切に導かれるように、光学素子106、ディスク202、分光計110(分散装置116)、及び2次元画像センサ112が、互いに関連して配置されることになることを理解されたい。しかしながら、ハイパースペクトル撮像システム110aの様々な特徴の説明を助けるために、ディスク表面209に対する光学素子106の向きは変更された。例えば、ディスク表面209は、図示のように読者に面しているのではなく、実際には光学素子106の主面に面することになろう。且つ軸208上のディスク202の回転面は、読者に垂直になろう。   With reference to FIGS. 2A-2B, there are several views illustrating a hyperspectral imaging system 100 a in accordance with a first embodiment of the present invention, wherein the scannable slit mechanism 108 includes at least one helical slit 204. (In this example, three spiral slits 204a, 204b, and 204c are shown), and an actuator 206 that rotates the disk 202 about an axis 208. The hyperspectral imaging system 100a includes an optical element 106, a rotating disk 202, an actuator 206, a spectrometer 110 (including at least a dispersion device 116), a two-dimensional image sensor 112, a controller 114, and a housing 118 (not shown). The optical element 106, the disk 202, the spectrometer 110 (dispersing device 116), and the two-dimensional image sensor 112 will be arranged in relation to each other so that the light beam is properly guided from one component to another. Please understand that. However, the orientation of the optical element 106 relative to the disc surface 209 has been changed to help explain various features of the hyperspectral imaging system 110a. For example, the disk surface 209 will actually face the major surface of the optical element 106 rather than facing the reader as shown. And the plane of rotation of the disk 202 on the axis 208 will be perpendicular to the reader.

図2A〜2Bに示されているように、ディスク202が、第1の時間「t1」に1つの位置「p1」に螺旋状スリット204aの第1の部分209を有し(図2Aを参照)、且つ次に螺旋状スリット204aの別の部分209が、第2の時間「t2」に位置「p1」にあるように(図2Bを参照)、ハイパースペクトル撮像システム100aが構成される例がある。図2Aにおいて、光学素子106が、遠隔物体104に関連する光115aを受信し、且つ遠隔物体104の画像107を表す集束光115bをディスク202上に導くように、ハイパースペクトル撮像システム100aは、第1の時間「t1」において配置される。特に、コントローラ114は、螺旋状スリット204aの第1の部分209が第1の時間「t1」に位置「p1」にあるように、軸208上のディスク202を回転させるためにアクチュエータ206と対話したことになろう。時間「t1」に、螺旋状スリット204aの第1の部分209は、例えば第1のミラー122(図1を参照)を介して分散装置116によって受信される、画像107に関連する第1の光線115cを分光計110へ通過させるために、光学素子106の画像面に又はその近くに配置される。再び、分光計110は、分散装置116(例えば、プリズム116、回折格子116)を有する任意の周知の分光計110とすることができる。分散装置116は、例えば第2のミラー124(図1を参照)を介して2次元画像センサ112によって受信される分散光115eを生成する。2次元画像センサ112は、2次元画像117aを生成するが、2次元画像117aは、分散光115eの空間情報を表す1つの軸210a(例えば、回折格子116が用いられる場合には回折光115eのゼロ次画像)と、分散光115eのスペクトル情報を表す別の軸210b(例えば、回折格子116が用いられる場合には回折光115eの非ゼロ次画像)と、を含む。コントローラ114は、2次元画像117aを受信して記憶し、且つ次に説明するように、遠隔物体104からの画像107に関連する異なる光線115gを分光計110へ通過させるために螺旋状スリット204aの第2の部分209が、時間「t2」に位置「p1」にあるように、ディスク202を回転させるためにアクチュエータ206と対話する。 As shown in Figure 2A-2B, the disc 202 is a first time "t1" in one position "p1" to have a first portion 209 1 of the spiral slit 204a (see Figure 2A ), and then spirally slit 204a another portion 209 2 of, as in position "p1" at a second time "t2" (see FIG. 2B), the hyperspectral imaging system 100a configured example There is. In FIG. 2A, the hyperspectral imaging system 100a receives the light 115a associated with the remote object 104 and directs focused light 115b representing the image 107 of the remote object 104 onto the disk 202. It is arranged at 1 time “t1”. In particular, the controller 114, as the first portion 209 1 of the spiral slit 204a is in position "p1" at a first time "t1", the actuator 206 to rotate the disk 202 on the shaft 208 interacts It will be done. At time “t 1”, the first portion 209 1 of the spiral slit 204 a is received by the disperser 116, for example, via the first mirror 122 (see FIG. 1), for example. In order to pass the light beam 115 c to the spectrometer 110, it is placed at or near the image plane of the optical element 106. Again, the spectrometer 110 can be any known spectrometer 110 having a disperser 116 (eg, prism 116, diffraction grating 116). The disperser 116 generates dispersed light 115e that is received by the two-dimensional image sensor 112 via, for example, a second mirror 124 (see FIG. 1). The two-dimensional image sensor 112 generates a two-dimensional image 117a. The two-dimensional image 117a is a single axis 210a representing the spatial information of the dispersed light 115e (for example, the diffraction grating 115 when the diffraction grating 116 is used). Zero-order image) and another axis 210b representing the spectral information of dispersed light 115e (eg, a non-zero-order image of diffracted light 115e when diffraction grating 116 is used). The controller 114 receives and stores the two-dimensional image 117a and, as will be described next, the spiral slit 204a for passing the different rays 115g associated with the image 107 from the remote object 104 to the spectrometer 110. the second portion 209 2, so that the position "p1" to the time "t2", to interact with the actuator 206 to rotate the disk 202.

図2Bにおいて、ハイパースペクトル撮像システム100aは、第2の時間「t2」において構成されて示され、そこでは、例えば第1のミラー122(図1を参照)を介して分散装置116によって受信される、遠隔物体104の画像107に関連する第2の光線115gを分光計110へ通過させるために、螺旋状スリット204aの第2の部分209が、時間「t2」に位置「p1」にあるように、コントローラ114は、ディスク202を回転させるためにアクチュエータ206と対話する。明らかなように、第1の光線115cは、遠隔物体104の画像107に関連する第2の光線115gに隣接するか又はほぼ隣接する。分散装置116は、例えば第2のミラー124(図1を参照)を介して2次元画像センサ112によって受信される分散光115iを生成する。2次元画像センサ112は、2次元画像117bを生成するが、2次元画像117bは、分散光115iの空間情報を表す1つの軸210a(例えば、回折格子116が用いられる場合には回折光115iのゼロ次画像)と、分散光115iのスペクトル情報を表す別の軸210b(例えば、回折格子116が用いられる場合には回折光115iの非ゼロ次画像)と、を含む。コントローラ114は、2次元画像117bを受信し記憶する。その後、螺旋状スリット204aの残りの部分209、209..209が、位置「p1」に連続的に位置し、一方で時間「t3」、「t4」...「tn」において、2次元画像センサ112が、遠隔物体104の異なる分散光線の異なる2次元画像117c、117d...117nを取得するために始動されるように、コントローラ114は、異なる時間「t3」、「t4」...「tn」にディスク202を回転させるためにアクチュエータ206と対話する。コントローラ114は、遠隔物体104のエリアに関連する全体画像107のハイパースペクトル画像102aを提供するために、2次元画像117a、117b、117c...117nを組み合わせる。この例において、各2次元画像117a、117b、117c...117nは、異なる分散光線115e、115i等に対応し、分散光線115e、115i等は、それらのそれぞれのスペクトル画像が組み合わされた場合に、結果としての組合せが、遠隔物体104のエリアの画像107を表すハイパースペクトル画像102aを形成するように、互いに隣接する。 In FIG. 2B, the hyperspectral imaging system 100a is shown configured at a second time “t2”, where it is received by the disperser 116, for example, via the first mirror 122 (see FIG. 1). , in order to pass the second light beam 115g associated with the image 107 of the remote object 104 to the spectrometer 110, the second portion 209 2 of the spiral slit 204a, so that in the position "p1" to the time "t2" In turn, the controller 114 interacts with the actuator 206 to rotate the disk 202. As can be seen, the first ray 115c is adjacent or nearly adjacent to the second ray 115g associated with the image 107 of the remote object 104. The disperser 116 generates dispersed light 115i that is received by the two-dimensional image sensor 112 via, for example, a second mirror 124 (see FIG. 1). The two-dimensional image sensor 112 generates a two-dimensional image 117b. The two-dimensional image 117b is a single axis 210a representing the spatial information of the dispersed light 115i (for example, when the diffraction grating 116 is used, the two-dimensional image 117b Zero-order image) and another axis 210b representing the spectral information of the dispersed light 115i (eg, a non-zero-order image of the diffracted light 115i when the diffraction grating 116 is used). The controller 114 receives and stores the two-dimensional image 117b. Thereafter, the remaining portions 209 3 , 209 4 . . 209 n are continuously located at position “p1”, while times “t3”, “t4”. . . At “tn”, the two-dimensional image sensor 112 has different two-dimensional images 117c, 117d. . . As it is triggered to obtain 117n, the controller 114 has different times “t3”, “t4”. . . Interact with actuator 206 to rotate disk 202 at “tn”. The controller 114 provides a two-dimensional image 117a, 117b, 117c, etc. to provide a hyperspectral image 102a of the overall image 107 associated with the area of the remote object 104. . . Combine 117n. In this example, each two-dimensional image 117a, 117b, 117c. . . 117n corresponds to different dispersed rays 115e, 115i, etc., and the dispersed rays 115e, 115i, etc., when their respective spectral images are combined, the resulting combination produces an image 107 of the area of the remote object 104. Adjacent to each other so as to form a representative hyperspectral image 102a.

第1の螺旋状スリット204aを用いて、遠隔物体104のエリアのハイパースペクトル画像102aを取得するために用いられる同じプロセスは、第2の螺旋状スリット204bを用いて、遠隔物体104のエリアのハイパースペクトル画像102bを取得するために繰り返され、次に、第3の螺旋状スリットを204c用いて、遠隔物体104のエリアのハイパースペクトル画像102cを取得するために繰り返されることになろう。従って、3つの螺旋状スリット204a、204b、及び204cを有するディスク202は、遠隔物体104のエリアの同じ画像107における3つの異なるハイパースペクトル画像102a、102b、及び102cをディスク202の単一の360°回転ごとに取得できるようにする。この例において、第1の螺旋状スリット204aの異なる部分209、209、209、209..209の組み合わされた幅は、遠隔物体104の画像107の幅211以上であろう。且つ第1の螺旋状スリット204aの異なる部分209、209、209、209..209のそれぞれにおける高さは、遠隔物体104の画像107の高さ213以上であろう。第2の螺旋状スリット204b及び第3の螺旋状スリット204cは、典型的には、第1の螺旋状スリット204aと同じ幅及び高さを有することになろう。 The same process used to acquire the hyperspectral image 102a of the area of the remote object 104 using the first spiral slit 204a is the same as the hyper process of the area of the remote object 104 using the second spiral slit 204b. It will be repeated to acquire the spectral image 102b and then it will be repeated to acquire the hyperspectral image 102c of the area of the remote object 104 using the third spiral slit 204c. Thus, a disc 202 having three helical slits 204a, 204b, and 204c can produce three different hyperspectral images 102a, 102b, and 102c in the same image 107 of the remote object 104 area in a single 360 ° of the disc 202. It can be acquired at every rotation. In this example, different portions 209 1 , 209 2 , 209 3 , 209 4 . . The combined width of 209 n will be greater than or equal to the width 211 of the image 107 of the remote object 104. And different portions 209 1 , 209 2 , 209 3 , 209 4 . . The height at each of 209 n will be greater than or equal to the height 213 of the image 107 of the remote object 104. The second spiral slit 204b and the third spiral slit 204c will typically have the same width and height as the first spiral slit 204a.

この例において、コントローラ114は、ディスク202の120°回転中に第1の螺旋状スリット204aを用いることによって、1つのハイパースペクトル画像102aを形成するために組み合わされる異なる2次元画像117a、117b、117c...117nを取得することができる。更に、コントローラ114は、ディスク202の残りの240°回転中に第2の螺旋状スリット204b及び第3の螺旋状スリット204c用いることによって、2つのハイパースペクトル画像102b及び102cを形成するために組み合わされる異なる2次元画像を取得する。代替として、ディスク202が1つの螺旋状スリット204だけを有する場合に、コントローラ114は、ディスク202の単一の回転ごとに、遠隔物体104の1つのハイパースペクトル画像を提供することになろう。同様に、ディスク202が2つの螺旋状スリットを有する場合に、コントローラ114は、ディスク202の単一の回転ごとに、遠隔物体104の2つのハイパースペクトル画像を提供することになろう。いずれにせよ、コントローラ114は、任意の所望のデータ速度で2次元画像117a、117b、117c...117nを取得できるが、しかしそれは、典型的には、それぞれの螺旋状スリット204a、204b、及び204cが十分に回転されて、2次元画像センサ112上のそれらのスリットの画像(画像107からのそれぞれの光線)が一画素だけ横に移動されるようにした後になろう。   In this example, the controller 114 uses different first two-dimensional images 117a, 117b, 117c that are combined to form one hyperspectral image 102a by using the first helical slit 204a during the 120 ° rotation of the disk 202. . . . 117n can be acquired. Furthermore, the controller 114 is combined to form two hyperspectral images 102b and 102c by using the second helical slit 204b and the third helical slit 204c during the remaining 240 ° rotation of the disk 202. Acquire different two-dimensional images. Alternatively, if the disc 202 has only one spiral slit 204, the controller 114 will provide one hyperspectral image of the remote object 104 for each single rotation of the disc 202. Similarly, if the disk 202 has two helical slits, the controller 114 will provide two hyperspectral images of the remote object 104 for each single rotation of the disk 202. In any case, the controller 114 can transmit the two-dimensional images 117a, 117b, 117c. . . 117n can be acquired, but it is typically the case that the respective helical slits 204a, 204b, and 204c are sufficiently rotated so that images of those slits on the two-dimensional image sensor 112 (respectively from the image 107). Will be moved horizontally by one pixel.

前述の例において、遠隔物体104の画像107が、任意の所与の時間に螺旋状スリット204a、204b、又は204cの1つだけに位置するように、螺旋状スリット204a、204b、及び204cは、互いに十分に遠く分離される。換言すれば、画像107は、螺旋状スリット204a及び204b間、螺旋状スリット204b及び204c間、又は螺旋状スリット204a及び204c間のスペースに完全に位置することが可能である。これを達成するために、ディスク202、及び特にディスク202の内部に形成された螺旋状スリット204a、204b、及び204cは、前部光学素子106によって結局は形成される画像107の特定のサイズ及び場所に基づいて配置される。特に、ディスク202は、特定の直径を有しても良く、画像107は、ディスク202の表面209上の特定の位置に所定の幅211及び高さ213を有する。更に、螺旋状スリット204a、204b、及び204cは、画像107の一端部222と整列されるように、ディスク202のエッジからの所定の距離「1」に位置する一端部220a、220b、及び220cをそれぞれ有することになろう。更に、螺旋状スリット204a、204b、及び204cは、画像107の反対側端部226と整列されるように、ディスク202のエッジから所定の距離「2」に位置する反対側端部224a、224b、及び224cをそれぞれ有することになろう。換言すれば、各螺旋状スリット204a、204b、及び204cは、ディスク202の外側エッジに対して、それらのスリットのそれぞれの端部220a−224a、220b−224b、及び222c−224c間の距離に関する距離「1」及び「2」間の差が、遠隔物体104の画像107の幅211以上になるような寸法にされる。   In the above example, the spiral slits 204a, 204b, and 204c are such that the image 107 of the remote object 104 is located in only one of the spiral slits 204a, 204b, or 204c at any given time. Separated far enough from each other. In other words, the image 107 can be completely located in the space between the spiral slits 204a and 204b, between the spiral slits 204b and 204c, or between the spiral slits 204a and 204c. To accomplish this, the disc 202, and in particular the helical slits 204a, 204b, and 204c formed inside the disc 202, are the specific size and location of the image 107 that is ultimately formed by the front optical element 106. Arranged based on. In particular, the disc 202 may have a specific diameter, and the image 107 has a predetermined width 211 and height 213 at specific locations on the surface 209 of the disc 202. Further, the helical slits 204a, 204b, and 204c have one end 220a, 220b, and 220c located at a predetermined distance “1” from the edge of the disk 202 so that they are aligned with the one end 222 of the image 107. You will have each. Further, the spiral slits 204a, 204b, and 204c are opposite ends 224a, 224b, located at a predetermined distance “2” from the edge of the disk 202, such that they are aligned with the opposite ends 226 of the image 107. And 224c, respectively. In other words, each spiral slit 204a, 204b, and 204c is relative to the outer edge of the disk 202 with respect to the distance between the respective ends 220a-224a, 220b-224b, and 222c-224c of those slits. The difference between “1” and “2” is dimensioned to be equal to or greater than the width 211 of the image 107 of the remote object 104.

代替として、螺旋状スリット204a、204b、及び204cは、所与の時間に(例えば)螺旋状スリット204a及び204bの任意の2つが、それぞれ、遠隔物体104の画像107からの異なる光線を分光計110へ同時に通過させる部分を有することができるように、互いに対して配置することができる。この場合に、コントローラ114は、2次元画像センサ112から対応する2次元画像を受信すると、第1の螺旋状スリット204aに関連する2次元画像を第2の螺旋状スリット204bに関連する2次元画像から分離するために、2次元画像を処理する必要があろう。次に、コントローラ114は、ハイパースペクトル画像102aを形成するために、第1の螺旋状スリット204aだけに関連する様々な2次元画像を組み合わせ、且つハイパースペクトル画像102bを形成するために、第2の螺旋状スリット204bだけに関連する様々な2次元画像を組み合わせることになろう。   Alternatively, the helical slits 204a, 204b, and 204c may be configured such that at any given time (for example) any two of the helical slits 204a and 204b each transmit a different ray from the image 107 of the remote object 104 to the spectrometer 110. Can be arranged relative to each other so that they can have parts that pass simultaneously. In this case, when the controller 114 receives the corresponding two-dimensional image from the two-dimensional image sensor 112, the controller 114 converts the two-dimensional image related to the first spiral slit 204a to the two-dimensional image related to the second spiral slit 204b. It may be necessary to process the two-dimensional image to separate it from Next, the controller 114 combines the various two-dimensional images associated only with the first spiral slit 204a to form the hyperspectral image 102a, and the second to form the hyperspectral image 102b. The various two-dimensional images associated only with the spiral slit 204b will be combined.

図2Cを参照すると、本発明の第1の実施形態に従って、遠隔物体104の2次元エリア107のハイパースペクトル画像102を提供するために、ハイパースペクトル撮像システム100aを用いるための例示的な方法200Cのステップを示す流れ図がある。方法は、(a)光学素子106と、回転可能なディスク202(その中には少なくとも1つの螺旋状スリット204が形成される)と、アクチュエータ206と、分光計110(少なくとも分散装置116を備える)と、2次元画像センサ112と、コントローラ114と、を含むハイパースペクトル撮像システム100aを提供するステップ(ステップ202C)と、(b)遠隔物体104に関連する光115aを受信する光学素子106を配置するステップ(ステップ204C)と、(c)遠隔物体104に関連する第1の光線115cが、第1の光線115cを受信して第1の分散光線115eを2次元画像センサ112に出力するように構成された分散装置116を少なくとも備えた分光計110へと、螺旋状スリット204の第1の部分209を通過できるように、ディスク202が回転されて螺旋状スリット204の第1の部分209が配置されるようにアクチュエータ206を制御するステップ(ステップ206C)と、(d)2次元画像センサ112から第1の分散光線115eの2次元画像117aを取得するステップ(ステップ208C)と、(e)遠隔物体104に関連する第2の光線115gが、第2の光線115gを受信して第2の分散光線115iを2次元画像センサ112に出力するように構成された分散装置116を少なくとも備えた分光計110へと、螺旋状スリット204の第2の部分209を通過できるように、ディスク202が回転されて螺旋状スリット204の第2の部分209が配置されるようにアクチュエータ206を制御するステップ(ステップ210C)と、(f)2次元画像センサ112から第2の分散光線115iの2次元画像117bを取得するステップ(ステップ212C)と、(g)遠隔物体104に関連する異なる光線が、螺旋状スリット204の異なる部分209、209...209を通過できるように、ディスク202が回転されて螺旋状スリット204の異なる部分209、209...209が配置されるようにアクチュエータ206を繰り返し制御し、一方で遠隔物体104の2次元エリアのハイパースペクトル画像102を提供するために、異なる分散光線の2次元画像117c、117d...117nを2次元画像センサ112から繰り返し取得し、且つ第1及び第2の2次元画像117a及び117b並びに異なる2次元画像117c、117d...117nを組み合わせるステップ(ステップ214C)と、を含む。一例において、コントローラ114は、第1及び第2の2次元画像117a及び117b並びに異なる2次元画像117c、117d...117nを取得しながら、連続的に一定した速度でディスク202を回転させるようにアクチュエータ206を制御することができる。上記の例において、コントローラ114は、メモリ117とインターフェースするプロセッサ115を含んでも良く、メモリ117は、プロセッサ実行可能命令を記憶し、それらのプロセッサ実行可能命令を実行してステップ204C、206C、208C、210C、212C、及び214Cを実行する。 Referring to FIG. 2C, an exemplary method 200C for using the hyperspectral imaging system 100a to provide a hyperspectral image 102 of the two-dimensional area 107 of the remote object 104 in accordance with the first embodiment of the present invention. There is a flowchart showing the steps. The method includes: (a) an optical element 106, a rotatable disk 202 (in which at least one helical slit 204 is formed), an actuator 206, and a spectrometer 110 (comprising at least a dispersion device 116). Providing a hyperspectral imaging system 100a including a two-dimensional image sensor 112 and a controller 114 (step 202C); and (b) placing an optical element 106 that receives light 115a associated with the remote object 104. Step (Step 204C) and (c) a first light beam 115c associated with the remote object 104 is configured to receive the first light beam 115c and output a first dispersed light beam 115e to the two-dimensional image sensor 112. The first of the spiral slits 204 to the spectrometer 110 with at least the dispersed disperser 116. As it can pass through the portion 209 1, and the step of the disk 202 controls the actuator 206 such that the first portion 209 1 of the rotating spiral slit 204 is disposed (step 206C), (d) 2-dimensional image Obtaining a two-dimensional image 117a of the first dispersed light beam 115e from the sensor 112 (step 208C); and (e) a second light beam 115g associated with the remote object 104 receiving the second light beam 115g and receiving the second light beam 115g. and a dispersing device 116 configured to output a second distributed rays 115i to the two-dimensional image sensor 112 to the spectrometer 110 with at least, as the second portion 209 2 of the spiral slit 204 can pass through the disk 202 is rotated to the actuator 206 so that the second portion 209 2 of the spiral slit 204 is arranged Controlling (step 210C); (f) obtaining a two-dimensional image 117b of the second dispersed ray 115i from the two-dimensional image sensor 112 (step 212C); and (g) different rays associated with the remote object 104. Are different portions 209 3 , 209 4 . . . 209 n is rotated so that different portions 209 3 , 209 4 . . . In order to repeatedly control the actuator 206 so that 209 n is located, while providing a hyperspectral image 102 of the two-dimensional area of the remote object 104, the two-dimensional images 117c, 117d. . . 117n are repeatedly acquired from the two-dimensional image sensor 112, and the first and second two-dimensional images 117a and 117b and different two-dimensional images 117c, 117d. . . Combining 117n (step 214C). In one example, the controller 114 may include first and second two-dimensional images 117a and 117b and different two-dimensional images 117c, 117d. . . The actuator 206 can be controlled to rotate the disk 202 continuously at a constant speed while acquiring 117n. In the above example, the controller 114 may include a processor 115 that interfaces with the memory 117, which stores the processor executable instructions and executes those processor executable instructions to perform steps 204C, 206C, 208C, 210C, 212C, and 214C are executed.

必要に応じて、走査ディスク202及びアクチュエータ206は、システムのサイズに著しい影響を与えずに、既存の設計に追加することが可能である。更に結果として向上したシステム(即ち、ハイパースペクトル撮像システム100a)は、ほぼ100%の走査効率を提供することになろう。前部光学素子の前に走査ミラーを組み込むガルバノメータ駆動スキャナのような他の従来の走査システムは、遠隔物体におけるどのラインが分光計に伝達されているかを知るために、走査装置からのフィードバックを必要とする。しかしながら、ハイパースペクトル撮像システム100aにおいて、2次元画像センサ112が、ゼロ次画像及び回折画像を撮像するほど十分に大きい場合に、ゼロ次画像の位置は、或る走査装置からのフィードバックを必要とせずに、この情報(即ち、遠隔物体におけるどのラインが分光計に伝達されているか)を提供することができる。更に、従来のガルバノメータ駆動スキャナは、振動源であり、且つハイパースペクトル撮像システム100aにおいて用いられる定速度の回転ディスク202と比較した場合に、より高い所要電力を伴う可能性がある。更に、従来のポリゴンスキャナは、典型的には、追加の反射面という貧弱な走査効率を有し、且つ前部光学素子と遠隔物体との間に配置された場合に、ハイパースペクトル撮像システム100aのサイズと比較した場合に、システムサイズの著しい増加を必要とすることになろう。本発明において、ディスク202は、従来のリソグラフィ技術(例として、可視短波長赤外線(SWIR)用途のためのガラス上のクロム)で製造することが可能である。ディスク202はまた、共同譲渡された米国特許第7,697,137号明細書(その内容は、参照により本明細書に援用される)において定義されたプロセスを用いて、金属基板に製造することが可能である。最後に、ディスク202は、単純なモータ206(アクチュエータ206)によって駆動され得、速度制御又は角度位置装置が必要とされない。しかしながら、ディスク202の軸位置は、前部光学素子106の焦点深度内にあるように、名目上制御され配置される必要がある。   If desired, the scan disk 202 and actuator 206 can be added to existing designs without significantly affecting the size of the system. Further, the resulting improved system (ie, hyperspectral imaging system 100a) will provide nearly 100% scanning efficiency. Other conventional scanning systems, such as galvanometer-driven scanners that incorporate a scanning mirror in front of the front optics, require feedback from the scanning device to know which lines in the remote object are being transmitted to the spectrometer And However, in the hyperspectral imaging system 100a, if the two-dimensional image sensor 112 is large enough to capture a zero order image and a diffraction image, the position of the zero order image does not require feedback from some scanning device. This information (i.e., which lines in the remote object are being transmitted to the spectrometer) can be provided. Furthermore, the conventional galvanometer-driven scanner is a vibration source and may involve higher power requirements when compared to the constant speed rotating disk 202 used in the hyperspectral imaging system 100a. Furthermore, conventional polygon scanners typically have poor scanning efficiency with an additional reflective surface, and when placed between the front optic and the remote object, the hyperspectral imaging system 100a A significant increase in system size will be required when compared to size. In the present invention, the disk 202 can be manufactured with conventional lithographic techniques (eg, chromium on glass for visible short wavelength infrared (SWIR) applications). The disc 202 may also be manufactured on a metal substrate using the process defined in co-assigned US Pat. No. 7,697,137, the contents of which are hereby incorporated by reference. Is possible. Finally, the disk 202 can be driven by a simple motor 206 (actuator 206) and no speed control or angular position device is required. However, the axial position of the disc 202 needs to be nominally controlled and positioned so that it is within the depth of focus of the front optical element 106.

図3A〜3Bを参照すると、本発明の第2の実施形態に従ってハイパースペクトル撮像システム100bを示す幾つかの図があり、そこでは、走査可能なスリット機構108は、複数の直線スリット304(この例では、10の直線スリット304a、304b、304c、304d、304e、304f、304g、304h、304i、304jが示されている)が形成されたディスク302、及び軸308を中心にディスク302を回転させるアクチュエータ306である。ハイパースペクトル撮像システム100bは、光学素子106、回転ディスク302、アクチュエータ306、分光計110(少なくとも分散装置116を備える)、2次元画像センサ112、コントローラ114、及びハウジング118(図示せず)を含む。光学素子106、ディスク302、分光計110(分散装置116)、及び2次元画像センサ112は、光線が、一コンポーネントから別のコンポーネントへと適切に導かれるように互いに配置されるであろうことを理解されたい。しかしながら、ハイパースペクトル撮像システム110bの様々な特徴の説明を助けるために、ディスク表面309に対する光学素子106の向きは変更された。例えば、ディスク表面309は、図示のように読者に面するのではなく、実際には、光学素子106の主面に面することになろう。且つ軸308上のディスク302の回転面は、読者に垂直になろう。   Referring to FIGS. 3A-3B, there are several views illustrating a hyperspectral imaging system 100b according to a second embodiment of the present invention, in which a scanable slit mechanism 108 includes a plurality of linear slits 304 (in this example The disk 302 on which ten straight slits 304 a, 304 b, 304 c, 304 d, 304 e, 304 f, 304 g, 304 h, 304 i, and 304 j are formed) and an actuator that rotates the disk 302 around the axis 308 306. The hyperspectral imaging system 100b includes an optical element 106, a rotating disk 302, an actuator 306, a spectrometer 110 (including at least a dispersion device 116), a two-dimensional image sensor 112, a controller 114, and a housing 118 (not shown). The optical element 106, the disk 302, the spectrometer 110 (dispersing device 116), and the two-dimensional image sensor 112 will be positioned relative to one another so that the light rays are properly directed from one component to another. I want you to understand. However, the orientation of the optical element 106 relative to the disk surface 309 has been changed to help explain various features of the hyperspectral imaging system 110b. For example, the disk surface 309 will actually face the major surface of the optical element 106 rather than facing the reader as shown. And the plane of rotation of the disk 302 on the shaft 308 will be perpendicular to the reader.

図3A〜3Bに示されているように、ディスク302が、第1の時間「t1」に1つの位置「p1」に1つの直線スリット304aを有し(図3Aを参照)、次にディスク302が、第2の時間「t2」に位置「p1」に次の直線スリット304bを有する(図3Bを参照)ように、ハイパースペクトル撮像システム100bが構成される例がある。図3Aにおいて、ハイパースペクトル撮像システム100bは、光学素子106が、遠隔物体104に関連する光115aを受信し且つ遠隔物体104の画像107を表す集束光115bをディスク302上に導くように、第1の時間「t1」に配置される。特に、コントローラ114は、第1の直線スリット304aが第1の時間「t1」に位置「p1」にあるように、軸308上でディスク302を回転させるためにアクチュエータ306と対話することになろう。時間「t1」に、第1の直線スリット304aは、例えば第1のミラー122(図1を参照)を介して分散装置116によって受信される、画像107に関連する第1の光線115cを分光計110へ通過させるために、光学素子106の画像面に又はその近くに配置される。再び、分光計110は、分散装置116(例えば、プリズム116、回折格子116)を有する任意の周知の分光計110とすることができる。分散装置116は、例えば第2のミラー124(図1を参照)を介して2次元画像センサ112によって受信される分散光115eを生成する。2次元画像センサ112は、2次元画像117aを生成するが、2次元画像117aは、分散光115eの空間情報を表す1つの軸310a(例えば、回折格子116が用いられる場合には回折光115eのゼロ次画像)と、分散光115eのスペクトル情報を表す別の軸310b(例えば、回折格子116が用いられる場合には回折光115eの非ゼロ次画像)と、を含む。コントローラ114は、2次元画像117aを受信して記憶し、且つ次に説明するように、遠隔物体104からの画像107に関連する異なる光線115gを分光計110へ通過させるために、第2の直線スリット304bが時間「t2」に位置「p1」にあるように、ディスク302を回転させるためにアクチュエータ306と対話する。   As shown in FIGS. 3A-3B, the disk 302 has one linear slit 304a at one position “p1” at a first time “t1” (see FIG. 3A), and then the disk 302 However, there is an example in which the hyperspectral imaging system 100b is configured to have the next straight slit 304b at the position “p1” at the second time “t2” (see FIG. 3B). In FIG. 3A, the hyperspectral imaging system 100b is configured such that the optical element 106 receives light 115a associated with the remote object 104 and directs focused light 115b representing the image 107 of the remote object 104 onto the disk 302. Is arranged at time “t1”. In particular, the controller 114 will interact with the actuator 306 to rotate the disk 302 on the axis 308 such that the first linear slit 304a is in the position “p1” at the first time “t1”. . At time “t 1”, the first linear slit 304 a is used to spectrometer the first light beam 115 c associated with the image 107, for example, received by the disperser 116 via the first mirror 122 (see FIG. 1). For passage to 110, it is placed at or near the image plane of the optical element 106. Again, the spectrometer 110 can be any known spectrometer 110 having a disperser 116 (eg, prism 116, diffraction grating 116). The disperser 116 generates dispersed light 115e that is received by the two-dimensional image sensor 112 via, for example, a second mirror 124 (see FIG. 1). The two-dimensional image sensor 112 generates a two-dimensional image 117a. The two-dimensional image 117a is a single axis 310a that represents the spatial information of the dispersed light 115e (for example, when the diffraction grating 116 is used, the two-dimensional image 117a Zero-order image) and another axis 310b representing the spectral information of the dispersed light 115e (eg, a non-zero-order image of the diffracted light 115e when the diffraction grating 116 is used). The controller 114 receives and stores the two-dimensional image 117a and, as will be described next, a second straight line for passing different rays 115g associated with the image 107 from the remote object 104 to the spectrometer 110. It interacts with the actuator 306 to rotate the disk 302 so that the slit 304b is in position “p1” at time “t2”.

図3Bにおいて、ハイパースペクトル撮像システム100bが、第2の時間「t2」において構成されて示され、そこでは、コントローラ114は、例えば第1のミラー122(図1)を介して分散装置116によって受信される、遠隔物体104の画像107に関連する第2の光線115gを分光計110へ通過させるために、第2スリット直線304bが時間「t2」に位置「p1」にあるように、ディスク302を回転させるためにアクチュエータ306と対話した。明らかなように、第1の光線115cは、遠隔物体104の画像107に関連する第2の光線115gに隣接するか又はほぼ隣接する。分散装置116は、例えば第2のミラー124(図1)を介して2次元画像センサ112によって受信される分散光115iを生成する。2次元画像センサ112は、2次元画像117bを生成するが、2次元画像117bは、分散光115iの空間情報を表す1つの軸210a(例えば、回折格子116が用いられる場合には回折光115iのゼロ次画像)と、分散光115iのスペクトル情報を表す別の軸210b(例えば、回折格子116が用いられる場合には回折光115iの非ゼロ次画像)と、を含む。コントローラ114は、2次元画像117bを受信し記憶する。その後、コントローラ114は、残りの直線スリット304c、304d、304e、304f、304g、304h、304i、304jが、時間「t3」、「t4」、「t5」、「t6」、「t7」、「t8」、「t9」、「t10」に、位置「p1」に連続的に位置するように、異なる時間「t3」、「t4」、「t5」、「t6」、「t7」「t8」、「t9」、「t10」にディスク302を回転させるためにアクチュエータ306と対話し、その間に、コントローラ114は、遠隔物体104の異なる2次元画像117c、117d、117e、117f、117g、117h、117i、117jを取得するために、2次元画像センサ112と対話する。コントローラ114は、遠隔物体104のエリアに関連する全体画像107のハイパースペクトル画像102を提供するために、2次元画像117a、117b、117c、117d、117e、117f、117g、117h、117i、117jを組み合わせる。この例において、各2次元画像117a、117b、117c、117d、117e、117f、117g、117h、117i、117jは、異なる分散光線115e、115i等に対応し、分散光線115e、115i等は、それらのそれぞれのスペクトル画像が組み合わされた場合に、結果としての組合せが、遠隔物体104のエリアの全体画像107に関連するハイパースペクトル画像102を形成するように、互いに隣接する。   In FIG. 3B, the hyperspectral imaging system 100b is shown configured at a second time “t2”, where the controller 114 is received by the disperser 116 via, for example, the first mirror 122 (FIG. 1). In order to pass the second light beam 115g associated with the image 107 of the remote object 104 to the spectrometer 110, the disk 302 is placed so that the second slit line 304b is at position "p1" at time "t2". Interacted with actuator 306 to rotate. As can be seen, the first ray 115c is adjacent or nearly adjacent to the second ray 115g associated with the image 107 of the remote object 104. The disperser 116 generates dispersed light 115i that is received by the two-dimensional image sensor 112, for example, via the second mirror 124 (FIG. 1). The two-dimensional image sensor 112 generates a two-dimensional image 117b. The two-dimensional image 117b is a single axis 210a representing the spatial information of the dispersed light 115i (for example, when the diffraction grating 116 is used, the two-dimensional image 117b Zero-order image) and another axis 210b representing the spectral information of the dispersed light 115i (eg, a non-zero-order image of the diffracted light 115i when the diffraction grating 116 is used). The controller 114 receives and stores the two-dimensional image 117b. After that, the controller 114 determines that the remaining straight slits 304c, 304d, 304e, 304f, 304g, 304h, 304i, and 304j are time “t3”, “t4”, “t5”, “t6”, “t7”, “t8”. ”,“ T9 ”,“ t10 ”, and at different times“ t3 ”,“ t4 ”,“ t5 ”,“ t6 ”,“ t7 ”“ t8 ”,“ At the same time, the controller 114 interacts with the actuator 306 to rotate the disk 302 at “t9”, “t10”, during which time the controller 114 may have different two-dimensional images 117c, 117d, 117e, 117f, 117g, 117h, 117i, 117j of the remote object 104. To interact with the two-dimensional image sensor 112. The controller 114 combines the two-dimensional images 117a, 117b, 117c, 117d, 117e, 117f, 117g, 117h, 117i, 117j to provide a hyperspectral image 102 of the overall image 107 associated with the area of the remote object 104. . In this example, each two-dimensional image 117a, 117b, 117c, 117d, 117e, 117f, 117g, 117h, 117i, 117j corresponds to different dispersed rays 115e, 115i, etc., and the dispersed rays 115e, 115i etc. When the respective spectral images are combined, the resulting combination is adjacent to each other so as to form a hyperspectral image 102 associated with the entire image 107 of the area of the remote object 104.

明らかなように、複数の直線スリット304a、304b、304c、304d、304e、304f、304g、304h、304i、304jを有するディスク302は、遠隔物体104のエリアの画像107に関連するハイパースペクトル画像102の生成を、ディスク202の単一の360°回転ごとに得られるようにすることができる。この例において、直線スリット304a、304b、304c、304d、304e、304f、304g、304h、304i、304jのそれぞれにおける長さは、遠隔物体104の画像107の幅211以上になろう。且つ直線スリット304a、304b、304c、304d、304e、304f、304g、304h、304i、304jの組み合わされた幅は、遠隔物体104の画像107の高さ213以上になろう。図示のように、第1の直線スリット302aが位置「p1」にある場合に、第1の直線スリット302aが、画像107の上部からの光線115cがそのスリットを通過できるようにし、且つ第2の直線スリット302bが位置「p1」にある場合に、第2の直線スリット302bが、画像107の上部のすぐ下からの光線115gがそのスリットを通過できるようにし、残りの直線スリット304c、304d、304e、304f、304g、304h、304i、304jに対しても同様であるように、直線スリット304a、304b、304c、304d、304e 304f、304g、304h、304i、304jは、ディスク302の表面309上にオフセットされて配置されることになろう。このように、直線スリット304a、304b、304c、304d、304e、304f、304g、304h、304i、304jの全てが、位置「p1」に存在した後で、それらを通過する光線115c、115g等は、全ての光線115c、115g等が組み合わされた場合に、それらが全体画像107を包含するように、互いに隣接する。任意の数の直線スリット304がディスク302上に形成され得、組み合わされた場合に直線スリット304の幅の全てが遠隔物体104の画像107の高さ213以上である限り、各直線スリット304が同じ又は異なる幅を有し得ることを理解されたい。   As can be seen, the disk 302 having a plurality of linear slits 304a, 304b, 304c, 304d, 304e, 304f, 304g, 304h, 304i, 304j is a hyperspectral image 102 associated with the image 107 of the area of the remote object 104. Generation can be obtained for every single 360 ° rotation of the disk 202. In this example, the length in each of the linear slits 304a, 304b, 304c, 304d, 304e, 304f, 304g, 304h, 304i, 304j will be greater than or equal to the width 211 of the image 107 of the remote object 104. And the combined width of the linear slits 304a, 304b, 304c, 304d, 304e, 304f, 304g, 304h, 304i, 304j will be greater than or equal to the height 213 of the image 107 of the remote object 104. As shown, when the first linear slit 302a is at position “p1”, the first linear slit 302a allows the light beam 115c from the top of the image 107 to pass through the slit, and the second When the straight slit 302b is at position “p1”, the second straight slit 302b allows the light beam 115g from just below the top of the image 107 to pass through the slit, and the remaining straight slits 304c, 304d, 304e. 304f, 304g, 304h, 304i, 304j, linear slits 304a, 304b, 304c, 304d, 304e 304f, 304g, 304h, 304i, 304j are offset on the surface 309 of the disk 302. Will be placed. Thus, after all of the linear slits 304a, 304b, 304c, 304d, 304e, 304f, 304g, 304h, 304i, and 304j are present at the position “p1”, the light rays 115c, 115g, and the like passing through them are When all the rays 115c, 115g, etc. are combined, they are adjacent to each other so as to include the entire image 107. Any number of linear slits 304 can be formed on the disk 302, and when combined, each linear slit 304 is the same as long as the width of the linear slits 304 is all greater than or equal to the height 213 of the image 107 of the remote object 104. Or it should be understood that it may have different widths.

前述の例において、コントローラ114は、対応する個別の直線スリット304a、304b、304c、304d、304e、304f、304g、304h、304i、304jが位置「p1」にあり、且つ2次元画像センサ112と平行に整列されている場合に、2次元画像117a、117b、117c、117d、117e、117f、117g、117h、117i、117jの「スナップショット」を取得する。従って、コントローラ114は、軸308を中心に36°にわたってディスク306を回転させた後で、2次元画像117a、117b、117c、117d、117e、117f、117g、117h、117i、117jのそれぞれの「スナップショット」を取得することになり、これらの36°の回転の合間には、データは、2次元画像センサ112から得られないことになろう。その結果、ハイパースペクトル撮像システム100bは、100%の走査効率を有しない。なぜなら、直線スリット304a、304b、304c、304d、304e、304f、304g、304h、304i、304jが位置「p1」にない場合に、データが、2次元画像センサ112から得られないからである。コントローラ114は、ディスク306の回転を停止する必要なしに、2次元画像117a、117b、117c、117d、117e、117f、117g、117h、117i、117jの「スナップショット」を取得することができる。なぜなら、コントローラ114は、直線スリット304a、304b、304c、304d、304e、304f、304g、304h、304i、304jが位置「p1」にある場合はいつでも、2次元画像センサ112と対話し、そこからデータを取得することになるからである。   In the above example, the controller 114 has the corresponding individual linear slits 304 a, 304 b, 304 c, 304 d, 304 e, 304 f, 304 g, 304 h, 304 i, 304 j at the position “p1” and parallel to the two-dimensional image sensor 112. If the images are aligned, the “snapshot” of the two-dimensional images 117a, 117b, 117c, 117d, 117e, 117f, 117g, 117h, 117i, 117j is acquired. Accordingly, the controller 114 rotates each of the disks 306 about 36 ° about the axis 308, and then “snaps” of each of the two-dimensional images 117a, 117b, 117c, 117d, 117e, 117f, 117g, 117h, 117i, and 117j. In between these 36 ° rotations, no data will be obtained from the two-dimensional image sensor 112. As a result, the hyperspectral imaging system 100b does not have 100% scanning efficiency. This is because data cannot be obtained from the two-dimensional image sensor 112 when the linear slits 304a, 304b, 304c, 304d, 304e, 304f, 304g, 304h, 304i, and 304j are not at the position “p1”. The controller 114 can obtain “snapshots” of the two-dimensional images 117a, 117b, 117c, 117d, 117e, 117f, 117g, 117h, 117i, and 117j without having to stop the rotation of the disk 306. This is because the controller 114 interacts with the two-dimensional image sensor 112 whenever the linear slits 304a, 304b, 304c, 304d, 304e, 304f, 304g, 304h, 304i, 304j are in the position “p1” and from there the data It is because it will acquire.

図3Cを参照すると、本発明の第2の実施形態に従って、遠隔物体104の2次元エリア107のハイパースペクトル画像102を提供するために、ハイパースペクトル撮像システム100bを用いるための例示的な方法300Cのステップを示す流れ図がある。方法は、(a)光学素子106と、回転可能なディスク302((例えば)その中には複数の直線スリット304a、304b、304c、304d、304e、304f、304g、304h、304i、304jが形成される)と、アクチュエータ306と、分光計110(少なくとも分散装置116を備える)と、2次元画像センサ112と、コントローラ114と、を含むハイパースペクトル撮像システム100bを提供するステップ(ステップ302C)と、(b)遠隔物体104に関連する光115aを受信する光学素子106を配置するステップ(ステップ304C)と、(c)遠隔物体104に関連する第1の光線115cが、第1の光線115cを受信して第1の分散光線115eを2次元画像センサ112に出力するように構成された分散装置116を備えた分光計110へと、第1の直線スリット304aを通過できるように、ディスク302が回転されて第1の直線スリット304aが配置されるように、アクチュエータ306を制御するステップ(ステップ306C)と、(d)2次元画像センサ112から第1の分散光線115eの第1の2次元画像117aを取得するステップ(ステップ308C)と、(e)遠隔物体104に関連する第2の光線115gが、第2の光線115gを受信して第2の分散光線115iを2次元画像センサ112に出力するように構成された分散装置116を少なくとも備えた分光計110へと、第2の直線スリット304bを通過できるように、ディスク302が回転されて第2の直線スリット304bが配置されるようにアクチュエータ306を制御するステップ(ステップ310C)と、(f)2次元画像センサ112から第2の分散光線115gの第2の2次元画像117bを取得するステップ(ステップ312C)と、(g)遠隔物体104に関連する異なる光線が、(例えば)異なる直線スリット304c、304d、304e、304f、304g、304h、304i、304jを通過できるように、ディスク302が回転されて(例えば)異なる直線スリット304c、304d、304e、304f、304g、304h、304i、304jが配置されるようにアクチュエータ306を繰り返し制御し、一方で遠隔物体104の2次元エリアのハイパースペクトル画像102を提供するために、異なる分散光線の2次元画像117c、117d、117e、117f、117g、117h、117i、117jを2次元画像センサ112から繰り返し取得し、且つ第1及び第2の2次元画像117a及び117b、並びに異なる2次元画像117c、117d、117e、117f、117g、117h、117i、117jを組み合わせるステップ(ステップ314C)と、を含む。一例において、コントローラ114は、第1及び第2の2次元画像117a及び117b、並びに異なる2次元画像117c、117d...117nを取得しながら、連続的に一定した速度でディスク302を回転させるようにアクチュエータ306を制御することができる。上記の例において、コントローラ114は、メモリ117とインターフェースするプロセッサ115を含んでも良く、メモリ117は、プロセッサ実行可能命令を記憶し、それらのプロセッサ実行可能命令を実行してステップ304C、306C、308C、310C、312C、及び314Cを実行する。   Referring to FIG. 3C, an exemplary method 300C for using a hyperspectral imaging system 100b to provide a hyperspectral image 102 of a two-dimensional area 107 of a remote object 104 according to a second embodiment of the present invention. There is a flowchart showing the steps. The method consists of (a) optical element 106 and rotatable disc 302 (in which a plurality of linear slits 304a, 304b, 304c, 304d, 304e, 304f, 304g, 304h, 304i, 304j are formed. Providing a hyperspectral imaging system 100b including an actuator 306, a spectrometer 110 (comprising at least a dispersion device 116), a two-dimensional image sensor 112, and a controller 114 (step 302C); b) placing an optical element 106 that receives light 115a associated with the remote object 104 (step 304C); and (c) a first light beam 115c associated with the remote object 104 receives the first light beam 115c. To output the first dispersed light beam 115e to the two-dimensional image sensor 112. The actuator 306 is moved so that the disk 302 is rotated and the first linear slit 304a is arranged so that the first linear slit 304a can pass through the spectrometer 110 having the dispersion device 116 configured as described above. Controlling (step 306C); (d) obtaining a first two-dimensional image 117a of the first dispersed ray 115e from the two-dimensional image sensor 112 (step 308C); and (e) relating to the remote object 104. The second light beam 115g to the spectrometer 110 comprising at least a dispersion device 116 configured to receive the second light beam 115g and output the second dispersed light beam 115i to the two-dimensional image sensor 112; The disc 302 is rotated so that the second linear slit 304b is arranged so that it can pass through the second linear slit 304b. Controlling the actuator 306 (step 310C), (f) obtaining a second two-dimensional image 117b of the second dispersed light beam 115g from the two-dimensional image sensor 112 (step 312C), and (g) The disk 302 is rotated (for example) so that different rays associated with the remote object 104 can pass (for example) different linear slits 304c, 304d, 304e, 304f, 304g, 304h, 304i, 304j. , 304d, 304e, 304f, 304g, 304h, 304i, 304j, while repeatedly controlling the actuator 306 while providing a hyperspectral image 102 of the two-dimensional area of the remote object 104 with different dispersed rays. 2D image 117c of 117d, 117e, 117f, 117g, 117h, 117i, and 117j are repeatedly acquired from the two-dimensional image sensor 112, and the first and second two-dimensional images 117a and 117b and different two-dimensional images 117c, 117d, 117e, and 117f are obtained. 117g, 117h, 117i, 117j (step 314C). In one example, the controller 114 may include first and second two-dimensional images 117a and 117b and different two-dimensional images 117c, 117d. . . The actuator 306 can be controlled to rotate the disk 302 continuously at a constant speed while acquiring 117n. In the above example, the controller 114 may include a processor 115 that interfaces with the memory 117, which stores the processor executable instructions and executes those processor executable instructions to perform steps 304C, 306C, 308C, 310C, 312C, and 314C are executed.

必要に応じて、走査ディスク302及びアクチュエータ306は、システムのサイズに著しい影響を与えずに、既存の設計に追加することが可能である。更に、結果として向上したシステム(即ち、ハイパースペクトル撮像システム100b)は、100%に近い走査効率を提供することになろう。前部光学素子の前に走査ミラーを組み込むガルバノメータ駆動スキャナのような他の従来の走査システムは、遠隔物体におけるどのラインが分光計に伝達されているかを知るために、走査装置からのフィードバックを必要とする。しかしながら、ハイパースペクトル撮像システム100bにおいて、2次元画像センサ112が、ゼロ次画像及び回折画像を撮像するほど十分に大きい場合に、ゼロ次画像の位置は、或る走査装置からのフィードバックを必要とせずに、この情報(即ち、遠隔物体におけるどのラインが分光計に伝達されているか)を提供することができる。更に、従来のガルバノメータ駆動スキャナは、振動源であり、且つハイパースペクトル撮像システム100bにおいて用いられる定速度の回転ディスク302と比較した場合に、より高い所要電力を伴う可能性がある。更に、従来のポリゴンスキャナは、典型的には、追加の反射面という貧弱な走査効率を有し、且つ前部光学素子と遠隔物体との間に配置された場合に、ハイパースペクトル撮像システム100bのサイズと比較した場合に、システムサイズの著しい増加を必要とすることになろう。本発明において、ディスク302は、従来のリソグラフィ技術(例として、可視短波長赤外線(SWIR)用途のためのガラス上のクロム)で製造することが可能である。ディスク302はまた、共同譲渡された米国特許第7,697,137号明細書(その内容は、参照により本明細書に援用される)において定義されたプロセスを用いて、金属基板に製造することが可能である。最後に、ディスク302は、単純なモータ306(アクチュエータ306)によって駆動され得、速度制御又は角度位置装置が必要とされない。しかしながら、ディスク302の軸位置は、前部光学素子106の焦点深度内にあるように、名目上制御され配置される必要がある。   If desired, the scan disk 302 and actuator 306 can be added to existing designs without significantly affecting the size of the system. Furthermore, the resulting improved system (ie, hyperspectral imaging system 100b) will provide scanning efficiency close to 100%. Other conventional scanning systems, such as galvanometer-driven scanners that incorporate a scanning mirror in front of the front optics, require feedback from the scanning device to know which lines in the remote object are being transmitted to the spectrometer And However, in the hyperspectral imaging system 100b, when the two-dimensional image sensor 112 is large enough to capture the zeroth order image and the diffraction image, the position of the zeroth order image does not require feedback from some scanning device. This information (i.e., which lines in the remote object are being transmitted to the spectrometer) can be provided. Furthermore, the conventional galvanometer-driven scanner is a vibration source and may involve higher power requirements when compared to the constant speed rotating disk 302 used in the hyperspectral imaging system 100b. In addition, conventional polygon scanners typically have poor scanning efficiency with additional reflective surfaces, and when placed between the front optic and a remote object, the hyperspectral imaging system 100b A significant increase in system size will be required when compared to size. In the present invention, the disk 302 can be manufactured with conventional lithographic techniques (eg, chromium on glass for visible short wavelength infrared (SWIR) applications). The disc 302 may also be fabricated on a metal substrate using the process defined in co-assigned US Pat. No. 7,697,137, the contents of which are hereby incorporated by reference. Is possible. Finally, the disk 302 can be driven by a simple motor 306 (actuator 306) and no speed control or angular position device is required. However, the axial position of the disc 302 needs to be nominally controlled and positioned so that it is within the depth of focus of the front optical element 106.

図4A〜4Bを参照すると、本発明の第3の実施形態に従って、ハイパースペクトル撮像システム100cを示す幾つかの図(注:図4A〜4Bは、表面406の一部が切り取られ、その結果、ドラム402の内部に位置する折り返しミラー404を見ることができる)があり、そこでは、走査可能なスリット機構108は、その表面406における少なくとも1つの直線スリット404(この例では、幾つかの直線スリット404a、404b、404c、404d及び404eを見ることができる)及び中に位置する折り返しミラー408を備えたドラム402、並びに軸412を中心にドラム402を回転させるアクチュエータ410である。ハイパースペクトル撮像システム100cは、少なくとも1つの光学素子106、回転可能なドラム402、アクチュエータ410、分光計110(少なくとも分散装置116を備える)、2次元画像センサ112、コントローラ114、及びハウジング118(図示せず)を含む。光学素子106、ドラム402、分光計110(分散装置116)、及び2次元画像センサ112は、光線が一コンポーネントから別のコンポーネントへと適切に導かれるように、互いに配置されるであろうことを理解されたい。かかるものとして、回転ドラム402は、光学素子106からの光115bが通過し且つ表面406の内部418に遠隔物体104の画像107を形成するために折り返しミラー408によって反射される開口部414を自身の一側416に有することになろう。表面406の内部418は、光学素子106の画像面に配置されることになろう(図4A及び4Bにおける分解図420を参照)。   Referring to FIGS. 4A-4B, several views showing a hyperspectral imaging system 100c in accordance with a third embodiment of the present invention (Note: FIGS. 4A-4B are cut out of a portion of the surface 406, resulting in: There is a folding mirror 404 located inside the drum 402, where the scannable slit mechanism 108 has at least one linear slit 404 (in this example several linear slits) on its surface 406. 404a, 404b, 404c, 404d and 404e) and a drum 402 with a folding mirror 408 positioned therein, and an actuator 410 that rotates the drum 402 about an axis 412. The hyperspectral imaging system 100c includes at least one optical element 106, a rotatable drum 402, an actuator 410, a spectrometer 110 (including at least a dispersion device 116), a two-dimensional image sensor 112, a controller 114, and a housing 118 (not shown). A). The optical element 106, the drum 402, the spectrometer 110 (dispersing device 116), and the two-dimensional image sensor 112 will be positioned with respect to each other so that the light beam is properly directed from one component to another. I want you to understand. As such, the rotating drum 402 has its own aperture 414 through which the light 115b from the optical element 106 passes and is reflected by the folding mirror 408 to form an image 107 of the remote object 104 in the interior 418 of the surface 406. You will have on one side 416. The interior 418 of the surface 406 will be located in the image plane of the optical element 106 (see exploded view 420 in FIGS. 4A and 4B).

図4A〜4Bに示されているように、回転ドラム402が、第1の時間「t1」(図4Aを参照)に1つの位置「p1」に1つの直線スリット404aを有し、次に回転ドラム402が、第2の時間「t2」(図4Bを参照)に位置「p2」に直線スリット404aを有するように、ハイパースペクトル撮像システム100cが構成される例がある。図4Aにおいて、光学素子106が、遠隔物体104に関連する光115aを受信し、且つ回転ドラム402内の表面406(分解図420を参照)の内部418に遠隔物体104の画像107を形成するために、遠隔物体104の画像107を表す集束光115bを、回転ドラム402の一側416における開口部414を通して、集束光115bを反射する折り返しミラー408に導くように、ハイパースペクトル撮像システム100cは、第1の時間「t1」に配置される。特に、コントローラ114は、第1の直線スリット404aが第1の時間「t1」に位置「p1」にあるように、軸412上でドラム402を回転させるためにアクチュエータ410と対話することになろう。時間「t1」において、第1の直線スリット404aは、例えば第1のミラー122(図1を参照)を介して分散装置116によって受信される、画像107に関連する第1の光線115cを、分光計110へ通過させるために、光学素子106の画像面に又はその近くに配置される。再び、分光計110は、分散装置116(例えば、プリズム116、回折格子116)を有する任意の周知の分光計110とすることができる。分散装置116は、例えば第2のミラー124(図1を参照)を介して2次元画像センサ112によって受信される分散光115eを生成する。2次元画像センサ112は、2次元画像117aを生成するが、2次元画像117aは、分散光115eの空間情報を表す1つの軸410a(例えば、回折格子116が用いられる場合には回折光115eのゼロ次画像)と、分散光115eのスペクトル情報を表す別の軸410b(例えば、回折格子116が用いられる場合には回折光115eの非ゼロ次画像)と、を含む。コントローラ114は、2次元画像117aを受信して記憶し、且つ次に説明するように、遠隔物体104からの画像107に関連する異なる光線115gを分光計110へ通過させるために第1の直線スリット404aが時間「t2」に位置「p2」にあるように、ドラム402を回転させるためにアクチュエータ410と対話する。   As shown in FIGS. 4A-4B, the rotating drum 402 has one linear slit 404a at one position “p1” at a first time “t1” (see FIG. 4A) and then rotated. There is an example in which the hyperspectral imaging system 100c is configured such that the drum 402 has a linear slit 404a at a position “p2” at a second time “t2” (see FIG. 4B). In FIG. 4A, optical element 106 receives light 115a associated with remote object 104 and forms an image 107 of remote object 104 in interior 418 of surface 406 (see exploded view 420) in rotating drum 402. First, the hyperspectral imaging system 100c directs the focused light 115b representing the image 107 of the remote object 104 through the opening 414 on one side 416 of the rotating drum 402 to the folding mirror 408 that reflects the focused light 115b. 1 at time “t1”. In particular, the controller 114 will interact with the actuator 410 to rotate the drum 402 on the axis 412 such that the first linear slit 404a is in position “p1” at a first time “t1”. . At time “t 1”, the first linear slit 404 a splits the first light beam 115 c associated with the image 107 received by the disperser 116, for example, via the first mirror 122 (see FIG. 1). It is placed at or near the image plane of the optical element 106 for passage through the meter 110. Again, the spectrometer 110 can be any known spectrometer 110 having a disperser 116 (eg, prism 116, diffraction grating 116). The disperser 116 generates dispersed light 115e that is received by the two-dimensional image sensor 112 via, for example, a second mirror 124 (see FIG. 1). The two-dimensional image sensor 112 generates a two-dimensional image 117a. The two-dimensional image 117a is a single axis 410a representing the spatial information of the dispersed light 115e (for example, when the diffraction grating 116 is used, the two-dimensional image 117a Zero-order image) and another axis 410b representing the spectral information of dispersed light 115e (eg, a non-zero-order image of diffracted light 115e when diffraction grating 116 is used). The controller 114 receives and stores the two-dimensional image 117a and, as will be described next, a first linear slit for passing different rays 115g associated with the image 107 from the remote object 104 to the spectrometer 110. It interacts with the actuator 410 to rotate the drum 402 so that 404a is in position “p2” at time “t2”.

図4Bにおいて、ハイパースペクトル撮像システム100cは、第2の時間「t2」において構成されて示され、そこでは、コントローラ114は、例えば第1のミラー122(図1)を介して分散装置116によって受信される、遠隔物体104の画像107に関連する第2の光線115gを分光計110へ通過させるために、第1スリット直線404aが時間「t2」に位置「p2」にあるように、ドラム402を回転させるためにアクチュエータ410と対話した。明らかなように、第1の光線115cは、遠隔物体104の画像107に関連する第2の光線115gに隣接するか又はほぼ隣接する。分散装置116は、例えば第2のミラー124(図1)を介して2次元画像センサ112によって受信される分散光115iを生成する。2次元画像センサ112は、2次元画像117bを生成するが、2次元画像117bは、分散光115iの空間情報を表す1つの軸410a(例えば、回折格子116が用いられる場合には回折光115iのゼロ次画像)と、分散光115iのスペクトル情報を表す別の軸410b(例えば、回折格子116が用いられる場合には回折光115iの非ゼロ次画像)と、を含む。コントローラ114は、2次元画像117bを受信し記憶する。その後、コントローラ114は、第1の直線スリット404aが、位置「p3」、「p4」...「pn」を連続的に有するように、異なる時間「t3」、「t4」...「tn」にドラム402を回転させるためにアクチュエータ410と対話し、一方で時間「t3」、「t4」...「tn」に、2次元画像センサ112は、遠隔物体104の異なる分散光線の異なる2次元画像117c、117d...117nを取得するために作動される。コントローラ114は、遠隔物体104のエリアに関連する全体画像107のハイパースペクトル画像102aを提供するために、2次元画像117a、117b、117c...117nを組み合わせる。この例において、各2次元画像117a、117b、117c...117nは、異なる分散光線115e、115i等に対応し、分散光線115e、115i等は、それらのそれぞれのスペクトル画像が組み合わされた場合に、結果としての組合せが遠隔物体104のエリアの画像107を表すハイパースペクトル画像102aを形成するように、互いに隣接する。   In FIG. 4B, the hyperspectral imaging system 100c is shown configured at a second time “t2”, where the controller 114 is received by the disperser 116 via, for example, the first mirror 122 (FIG. 1). In order to pass the second light beam 115g associated with the image 107 of the remote object 104 to the spectrometer 110, the drum 402 is moved so that the first slit line 404a is at the position "p2" at time "t2". Interacted with the actuator 410 to rotate. As can be seen, the first ray 115c is adjacent or nearly adjacent to the second ray 115g associated with the image 107 of the remote object 104. The disperser 116 generates dispersed light 115i that is received by the two-dimensional image sensor 112, for example, via the second mirror 124 (FIG. 1). The two-dimensional image sensor 112 generates a two-dimensional image 117b. The two-dimensional image 117b is a single axis 410a representing the spatial information of the dispersed light 115i (for example, when the diffraction grating 116 is used, the two-dimensional image 117b Zero-order image) and another axis 410b representing the spectral information of the dispersed light 115i (eg, a non-zero-order image of the diffracted light 115i when the diffraction grating 116 is used). The controller 114 receives and stores the two-dimensional image 117b. Thereafter, the controller 114 determines that the first linear slit 404a is positioned at the positions “p3”, “p4”. . . The different times “t3”, “t4”. . . Interact with actuator 410 to rotate drum 402 at “tn”, while times “t3”, “t4”. . . At “tn”, the two-dimensional image sensor 112 receives different two-dimensional images 117c, 117d. . . Operated to obtain 117n. The controller 114 provides a two-dimensional image 117a, 117b, 117c, etc. to provide a hyperspectral image 102a of the overall image 107 associated with the area of the remote object 104. . . Combine 117n. In this example, each two-dimensional image 117a, 117b, 117c. . . 117n corresponds to different dispersed rays 115e, 115i, etc., and the dispersed rays 115e, 115i, etc. represent the image 107 of the area of the remote object 104 when the respective spectral images are combined. Adjacent to each other so as to form a hyperspectral image 102a.

第1の直線スリット404aを用いて、遠隔物体104のエリアのハイパースペクトル画像102aを取得するために用いられる同じプロセスは、第2のスリット404bを用いて、遠隔物体104のエリアのハイパースペクトル画像102bを取得するために繰り返され、次に、第3の直線スリット404c用いて、遠隔物体104のエリアのハイパースペクトル画像102cを取得するために繰り返される等であろう。従って、「x」の数の直線スリット404を有するドラム402は、ドラム402の単一の360°回転ごとに、遠隔物体104のエリアの同じ画像107の「x」の数のハイパースペクトル画像102を取得することができるようにする。コントローラ114は、任意の所望のデータ速度で2次元画像117a、117b、117c...117nを取得できるが、しかしそれは、典型的には、2次元画像センサ112上のそれぞれの直線スリット404a、404b、404c及び404dの画像(画像107からのそれぞれの光線)が一画素だけ横に移動するために、それぞれの直線スリット404a、404b、404c及び404dが十分に回転された後になろう。   The same process used to acquire the hyperspectral image 102a of the area of the remote object 104 using the first linear slit 404a is similar to the process used to acquire the hyperspectral image 102b of the area of the remote object 104 using the second slit 404b. Would then be repeated, to obtain a hyperspectral image 102c of the area of the remote object 104 using the third linear slit 404c, and so on. Thus, a drum 402 having “x” number of linear slits 404 produces “x” number of hyperspectral images 102 of the same image 107 in the area of the remote object 104 for each single 360 ° rotation of the drum 402. To be able to get. The controller 114 can transmit the two-dimensional images 117a, 117b, 117c. . . 117n can be acquired, but it typically means that each linear slit 404a, 404b, 404c and 404d image (each ray from image 107) on the two-dimensional image sensor 112 is moved laterally by one pixel. In order to do so, each linear slit 404a, 404b, 404c and 404d will be fully rotated.

この例において、直線スリット402a、402b、402c及び402dのそれぞれにおける長さは、遠隔物体104の画像107の幅211以上になろう。且つ直線スリット402a、402b、402c及び402dの幅は、遠隔物体104の画像107の全高さ213に対処するために、どれほど多くの位置「p1」、「p2」、「p3」...「pn」及び時間「t1」、「t2」、「t3」...「tn」にわたって各直線スリット402a、402b、402c及び402dが、ドラム402を回転させることによって移動されることになるかを規定することになろう。換言すれば、全ての光線115c、115g等が組み合わされた場合に、それらが全体画像107を包含するであろうように、直線スリット402a、402b、402c及び402dの幅は、全ての隣接する光線115c、115g等がそれらのスリットを通過できるようにするために、どれほど多くの位置「p1」、「p2」、「p3」...「pn」及び時間「t1」、「t2」、「t3」...「tn」にわたって各直線スリット402a、402b、402c及び402dが、ドラム402を回転させることによって移動されることになるかを規定することになろう。任意の数の直線スリット404(4つだけが示されている)が、ドラム402上に形成され得ること、及び直線スリット404が、同じ又は異なる幅及び長さを有し得ることを理解されたい。   In this example, the length in each of the linear slits 402a, 402b, 402c and 402d will be greater than or equal to the width 211 of the image 107 of the remote object 104. And the width of the linear slits 402a, 402b, 402c and 402d is such that how many positions “p1”, “p2”, “p3”, etc., to accommodate the total height 213 of the image 107 of the remote object 104. . . “Pn” and times “t1”, “t2”, “t3”. . . It will define whether each linear slit 402a, 402b, 402c and 402d will be moved by rotating the drum 402 over "tn". In other words, the widths of the linear slits 402a, 402b, 402c and 402d are all adjacent rays so that if all rays 115c, 115g, etc. are combined, they will encompass the entire image 107. In order to allow 115c, 115g, etc. to pass through their slits, how many positions “p1”, “p2”, “p3”. . . “Pn” and times “t1”, “t2”, “t3”. . . It will define whether each linear slit 402a, 402b, 402c and 402d will be moved by rotating the drum 402 over "tn". It should be understood that any number of straight slits 404 (only four are shown) can be formed on the drum 402 and that the straight slits 404 can have the same or different widths and lengths. .

前述の例において、直線スリット404a、404b、404c及び404dは、遠隔物体104の画像107が、任意の所与の時間に直線スリットは404a、404b、404c及び404dの1つだけに位置するように、互いに十分に遠く分離される。換言すれば、画像107は、直線スリット404a及び404b間、直線スリット404b及び404c間、又は直線スリット404c及び404d間等のスペースに完全に位置することが可能である。この点において、前部光学素子106によって形成された2D画像107は、ドラム402の内部418にあり、且つドラム404の各角度位置に対して、それぞれの直線スリット404a(例えば)は、画像107の一ラインだけを分光計110へ「通過させる」。ドラム402の外径及び走査される2D画像107のサイズに基づいて、直線スリットは404a、404b、404c及び404dは、1つの直線スリット404a(例えば)が光学素子106の2D視野を出る場合に、次の直線スリット404b(例えば)が画像107の2D視野にちょうど入っているように、互いに角度をなして離間される。これは、100%の走査効率に帰着する。この状況において、直線スリット404a(例えば)が、光学素子106の焦点面を横断しながら、それはまた、焦点内及び焦点外に移動する。この問題に取り組むために、ドラム402は、直線スリット404a(例えば)が光学素子106の焦点深度内に残るように、理想的には十分に大きくなろう。   In the above example, the straight slits 404a, 404b, 404c and 404d are such that the image 107 of the remote object 104 is located at only one of the 404a, 404b, 404c and 404d at any given time. , Separated far enough from each other. In other words, the image 107 can be completely located in a space such as between the straight slits 404a and 404b, between the straight slits 404b and 404c, or between the straight slits 404c and 404d. In this regard, the 2D image 107 formed by the front optical element 106 is in the interior 418 of the drum 402, and for each angular position of the drum 404, each linear slit 404a (for example) Only “pass” one line to spectrometer 110. Based on the outer diameter of the drum 402 and the size of the scanned 2D image 107, the linear slits 404a, 404b, 404c, and 404d are used when one linear slit 404a (for example) exits the 2D field of view of the optical element 106. The next straight slits 404b (for example) are spaced apart from each other so that they are just in the 2D field of view of the image 107. This results in 100% scan efficiency. In this situation, as the linear slit 404a (for example) traverses the focal plane of the optical element 106, it also moves in and out of focus. To address this issue, the drum 402 would ideally be large enough so that the linear slit 404a (for example) remains within the depth of focus of the optical element 106.

代替として、直線スリット404a、404b、404c及び404dは、所定の時間に直線スリット404a及び404b(例えば)の任意の2つが、それぞれ、遠隔物体104の画像107からの異なる光線を分光計110へ同時に通過させる部分を有することができるように、互いに対して配置することができる。この場合に、コントローラ114は、2次元画像センサ112から2次元画像を受信すると、第1の直線スリット404aに関連する2次元画像を第2の直線スリット404bに関連する2次元画像から分離するために、2次元画像を処理することになろう。次に、コントローラ114は、ハイパースペクトル画像102aを形成するために、第1の直線スリット404aだけに関連する様々な2次元画像を後で組み合わせ、次にハイパースペクトル画像102bを形成するために、第2の直線スリット404bだけに関連する様々な2次元画像を組み合わせることになろう。   Alternatively, linear slits 404a, 404b, 404c, and 404d may be configured so that at any given time, any two of linear slits 404a and 404b (for example) can simultaneously transmit different rays from image 107 of remote object 104 to spectrometer 110 at the same time. They can be arranged relative to each other so that they can have portions to pass through. In this case, when the controller 114 receives the two-dimensional image from the two-dimensional image sensor 112, the controller 114 separates the two-dimensional image associated with the first linear slit 404a from the two-dimensional image associated with the second linear slit 404b. In addition, a two-dimensional image will be processed. The controller 114 then combines the various two-dimensional images associated only with the first linear slit 404a later to form the hyperspectral image 102a and then the second to form the hyperspectral image 102b. Various two-dimensional images related only to the two straight slits 404b would be combined.

図4Cを参照すると、本発明の第3の実施形態に従って、遠隔物体104の2次元エリア107のハイパースペクトル画像102を提供するために、ハイパースペクトル撮像システム100cを用いるための例示的な方法400Cのステップを示す流れ図がある。方法は、(a)光学素子106と、回転可能なドラム402(その表面406上の少なくとも1つの直線スリット404、及びその中に位置する折り返しミラー408を有する)と、アクチュエータ410と、分光計110(少なくとも分散装置116を備える)と、2次元画像センサ112と、コントローラ114と、を含むハイパースペクトル撮像システム100bを提供するステップ(ステップ402C)と、(b)遠隔物体104に関連する光115aを受信する光学素子106を配置するステップ(ステップ404C)と、(c)ドラム402の一側416における開口部414が、光学素子106から光115bを受信するように配置され、且つ折り返しミラー408が、光学素子106から受信された光115bを表面406の内部418の方へ反射するために配置されるように、ドラム402を配置するステップであって、表面406の内部418が、光学素子106の画像面に配置されるステップ(ステップ406C)と、(d)遠隔物体104に関連する第1の光線115cが、第1の光線115cを受信して第1の分散光線115eを2次元画像センサ112へ出力するように構成された分散装置116を少なくとも備えた分光計110へと、スリット404を通過できるように、ドラム402が回転されてスリット404が配置されるようにアクチュエータ410を制御するステップ(ステップ408C)と、(e)2次元画像センサ112から第1の分散光線115gの2次元画像117aを取得するステップ(ステップ410C)と、(f)遠隔物体104に関連する第2の光線115gが、第2の光線115gを受信して第2の分散光線115iを2次元画像センサ112へ出力するように構成された分散装置116を少なくとも備えた分光計110へと、スリット404を通過できるように、ドラム402が回転されてスリット404が配置されるようにアクチュエータ410を制御するステップ(ステップ412C)と、(g)2次元画像センサ112から第2の分散光線115iの2次元画像117bを取得するステップ(ステップ414C)と、(h)遠隔物体104に関連する異なる光線が、スリット404を通過できるように、ドラム402が回転されてスリット404が配置されるようにアクチュエータ410を繰り返し制御し、一方で遠隔物体104の2次元エリア107のハイパースペクトル画像102を提供するために、異なる分散光線の2次元画像117c、117d...117nを2次元画像センサ112から繰り返し取得し、且つ第1及び第2の2次元画像117a及び117b、並びに異なる2次元画像117c、117d...117nを組み合わせるステップ(ステップ416C)と、を含む。一例において、コントローラ114は、第1及び第2の2次元画像117a及び117b、並びに異なる2次元画像117c、117d...117nを取得しながら、連続的に一定した速度でドラム402を回転させるようにアクチュエータ410を制御することができる。上記の例において、コントローラ114は、メモリ117とインターフェースするプロセッサ115を含んでも良く、メモリ117は、プロセッサ実行可能命令を記憶し、それらのプロセッサ実行可能命令を実行してステップ404C、406C、408C、410C、412C、414C、及び416Cを実行する。   Referring to FIG. 4C, an exemplary method 400C for using a hyperspectral imaging system 100c to provide a hyperspectral image 102 of a two-dimensional area 107 of a remote object 104, according to a third embodiment of the present invention. There is a flowchart showing the steps. The method includes (a) an optical element 106, a rotatable drum 402 (with at least one linear slit 404 on its surface 406, and a folding mirror 408 positioned therein), an actuator 410, and a spectrometer 110. Providing a hyperspectral imaging system 100b (including at least a disperser 116), a two-dimensional image sensor 112, and a controller 114 (step 402C); and (b) providing light 115a associated with the remote object 104. Placing the receiving optical element 106 (step 404C), and (c) an opening 414 on one side 416 of the drum 402 is arranged to receive the light 115b from the optical element 106, and the folding mirror 408 is The light 115b received from the optical element 106 is converted into the surface 406. Arranging the drum 402 to be arranged to reflect towards the interior 418, wherein the interior 418 of the surface 406 is located in the image plane of the optical element 106 (step 406C); d) The first light beam 115c associated with the remote object 104 comprises at least a dispersion device 116 configured to receive the first light beam 115c and output the first dispersed light beam 115e to the two-dimensional image sensor 112. The step of controlling the actuator 410 such that the drum 402 is rotated and the slit 404 is disposed so as to pass through the slit 404 to the spectrometer 110 (step 408C), and (e) from the two-dimensional image sensor 112 Acquiring a two-dimensional image 117a of the first dispersed light beam 115g (step 410C); and (f) a remote object. Spectrometer 110 comprising at least a dispersion device 116 configured to receive a second light beam 115g and output a second dispersed light beam 115i to the two-dimensional image sensor 112. Next, the step of controlling the actuator 410 so that the drum 402 is rotated and the slit 404 is disposed so as to pass through the slit 404 (step 412C), and (g) the second dispersion from the two-dimensional image sensor 112 is performed. Acquiring the two-dimensional image 117b of the light beam 115i (step 414C), and (h) rotating the drum 402 and positioning the slit 404 so that different light beams associated with the remote object 104 can pass through the slit 404. The actuator 410 repeatedly, while the two-dimensional area 107 of the remote object 104 In order to provide a hyperspectral image 102 of the two-dimensional images 117c, 117d. . . 117n is repeatedly acquired from the two-dimensional image sensor 112, and the first and second two-dimensional images 117a and 117b and the different two-dimensional images 117c, 117d. . . Combining 117n (step 416C). In one example, the controller 114 may include first and second two-dimensional images 117a and 117b and different two-dimensional images 117c, 117d. . . While acquiring 117n, the actuator 410 can be controlled to rotate the drum 402 continuously at a constant speed. In the above example, controller 114 may include a processor 115 that interfaces with memory 117, which stores processor executable instructions and executes those processor executable instructions to perform steps 404C, 406C, 408C, 410C, 412C, 414C, and 416C are executed.

本発明の複数の実施形態が、添付の図面に示され、前述の詳細な説明に記載されたが、本発明が、開示された実施形態に限定されず、且つ特許請求の範囲で説明され定義されるような本発明から逸脱せずに、多数の再配置、修正形態、及び置換形態が可能であることを理解されたい。本明細書で用いられる「本発明」又は「発明」への言及が、例示的な実施形態に関連し、必ずしも添付の特許請求の範囲によって包含される全ての実施形態に関連するものではないことにもまた注目されたい。   While embodiments of the present invention have been shown in the accompanying drawings and described in the foregoing detailed description, the present invention is not limited to the disclosed embodiments and is described and defined in the claims. It should be understood that numerous rearrangements, modifications, and substitutions are possible without departing from the invention as described. References to “invention” or “invention” as used herein relate to exemplary embodiments and do not necessarily relate to all embodiments encompassed by the appended claims. I want to pay attention to

Claims (5)

遠隔物体(104)の2次元エリアのハイパースペクトル画像(102)を提供するためのハイパースペクトル撮像システム(100c)において、前記ハイパースペクトル撮像システムが、
前記遠隔物体に関連する光(115a)を受信するように構成された少なくとも1つの光学素子(106)と、
自身の表面(406)に形成された少なくとも1つのスリット(404a、404b、404c、404d)及び自身に位置する折り返しミラー(408)を備えた回転ドラム(402)であって、該回転ドラムが、前記少なくとも1つの光学素子からの光が通過し且つ前記折り返しミラーによって前記表面の内部(418)の方へ反射される、該回転ドラムの一側(416)における開口部(414)を有し、前記表面の内部が、前記少なくとも1つの光学素子の画像面に配置される回転ドラム(402)と、
前記ドラムを回転させるアクチュエータ(410)と、
前記遠隔物体に関連する第1の光線(115c)が前記少なくとも1つのスリットの第1のスリット(404a)を通過できるように、前記ドラムが回転されて前記少なくとも1つのスリットの前記第1のスリット(404a)が配置されるように、前記アクチュエータを制御するように構成されたコントローラ(114)と、
前記第1の光線を受信して第1の分散光線(115e)を出力するように構成された分散装置(116)を少なくとも備えた分光計(110)と、
前記第1の分散光線を受信して前記第1の分散光線の第1の2次元画像(117a)を提供するように構成された2次元画像センサ(112)と、
を備え、
前記コントローラが、前記第1の2次元画像を取得するように構成され、且つ前記遠隔物体に関連する第2の光線(115g)が前記少なくとも1つのスリットの前記第1のスリットを通過できるように前記ドラムが回転されて前記少なくとも1つのスリットの前記第1のスリットが配置されるように、前記アクチュエータを制御するように構成され、
前記分光計が、前記第2の光線を受信して第2の分散光線(115i)を出力するように構成された前記分散装置を少なくとも備え、
前記2次元画像センサが、前記第2の分散光線を受信して前記第2の分散光線の第2の2次元画像(117b)を提供するように構成され、
前記コントローラが、前記第2の2次元画像を取得するように構成されることを特徴とするハイパースペクトル撮像システム(100c)。
In a hyperspectral imaging system (100c) for providing a hyperspectral image (102) of a two-dimensional area of a remote object (104), the hyperspectral imaging system comprises:
At least one optical element (106) configured to receive light (115a) associated with the remote object;
A rotating drum (402) comprising at least one slit (404a, 404b, 404c, 404d) formed on its surface (406) and a folding mirror (408) located on the surface (406), Having an opening (414) on one side (416) of the rotating drum, through which light from the at least one optical element passes and is reflected by the folding mirror towards the interior (418) of the surface; A rotating drum (402) in which the interior of the surface is disposed in the image plane of the at least one optical element;
An actuator (410) for rotating the drum;
The drum is rotated and the first slit of the at least one slit so that the first ray (115c) associated with the remote object can pass through the first slit (404a) of the at least one slit. A controller (114) configured to control the actuator such that (404a) is disposed;
A spectrometer (110) comprising at least a dispersion device (116) configured to receive the first light beam and output a first dispersed light beam (115e);
A two-dimensional image sensor (112) configured to receive the first dispersed light beam and provide a first two-dimensional image (117a) of the first dispersed light beam;
With
The controller is configured to acquire the first two-dimensional image, and a second ray (115g) associated with the remote object can pass through the first slit of the at least one slit. Configured to control the actuator such that the drum is rotated to position the first slit of the at least one slit;
The spectrometer comprises at least the dispersion device configured to receive the second light beam and output a second dispersed light beam (115i);
The two-dimensional image sensor is configured to receive the second dispersed light beam and provide a second two-dimensional image (117b) of the second dispersed light beam;
The hyperspectral imaging system (100c), wherein the controller is configured to acquire the second two-dimensional image.
前記遠隔物体の前記光に関連する異なる光線が前記少なくとも1つのスリットの前記第1のスリットを通過できるように、前記ドラムが回転されて前記少なくとも1つのスリットの前記第1のスリットが配置されるように、前記コントローラが、前記アクチュエータを繰り返し制御し、一方で前記遠隔物体の前記2次元エリアの前記ハイパースペクトル画像を提供するために、前記異なる分散光線の2次元画像(117a、117b、117c...117n)を前記2次元画像センサから繰り返し取得し、且つ前記第1及び第2の2次元画像、並びに前記異なる2次元画像を組み合わせることを特徴とする、請求項1に記載のハイパースペクトル撮像システム。   The drum is rotated to position the first slit of the at least one slit so that different rays associated with the light of the remote object can pass through the first slit of the at least one slit. The controller repeatedly controls the actuator, while providing the hyperspectral image of the two-dimensional area of the remote object, the two-dimensional images (117a, 117b, 117c. 2. The hyperspectral imaging according to claim 1, characterized in that... 117 n) is repeatedly acquired from the two-dimensional image sensor and the first and second two-dimensional images and the different two-dimensional images are combined. system. 前記コントローラが、前記第1及び第2の2次元画像、並びに前記異なる2次元画像を取得しながら、定速度で前記ドラムを回転させるように前記アクチュエータを制御することを特徴とする、請求項2に記載のハイパースペクトル撮像システム。   3. The controller controls the actuator to rotate the drum at a constant speed while acquiring the first and second two-dimensional images and the different two-dimensional images. The hyperspectral imaging system described in 1. 前記分散装置が、回折格子およびプリズムからなる群より選択されることを特徴とする、請求項1に記載のハイパースペクトル撮像システム。   The hyperspectral imaging system according to claim 1, wherein the dispersion device is selected from the group consisting of a diffraction grating and a prism. 遠隔物体(104)の2次元エリアのハイパースペクトル画像(102)を提供する方法(400c)において、
ハイパースペクトル撮像システム(100c)であって、
少なくとも1つの光学素子(106)と、
自身の表面(406)に形成された少なくとも1つのスリット(404a、404b、404c、404d)及び自身に位置する折り返しミラー(406)を備えたドラム(402)と、
前記ドラムを回転させるアクチュエータ(410)と、
コントローラ(114)と、
分光計(110)と、
2次元画像センサ(112)と、
を備えたハイパースペクトル撮像システム(100c)を提供するステップ(402c)と、
前記遠隔物体に関連する光(115a)を受信するように前記少なくとも1つの光学素子を配置するステップ(404c)と、
前記ドラムの一側(416)における開口部(414)が前記少なくとも1つの光学素子から前記光を受信するように配置され、且つ前記折り返しミラーが前記少なくとも1つの光学素子から受信した前記光を前記表面の内部(418)の方に反射させるように配置されるように、前記ドラムを配置するステップであって、前記表面の内部が前記少なくとも1つの光学素子の画像面に配置されるステップ(406c)と、
前記遠隔物体に関連する第1の光線(115c)が、前記第1の光線を受信して第1の分散光線(115e)を前記2次元画像センサに出力するように構成された分散装置(116)を少なくとも備えた前記分光計へと、前記少なくとも1つのスリットの第1のスリット(404a)を通過できるように、前記ドラムが回転されて前記少なくとも1つのスリットの前記第1のスリット(404a)が配置されるように、前記アクチュエータを制御するステップ(408c)と、
前記第1の分散光線の第1の2次元画像(117a)を前記2次元画像センサから取得するステップ(410c)と、
前記遠隔物体に関連する第2の光線(115g)が、前記第2の光線を受信して第2の分散光線(115i)を前記2次元画像センサに出力するように構成された前記分散装置を少なくとも備えた前記分光計へと、前記少なくとも1つのスリットの前記第1のスリットを通過できるように、前記ディスクが回転されて前記少なくとも1つスリットの前記第1のスリットが配置されるように、前記アクチュエータを制御するステップ(412c)と、
前記第2の分散光線の第2の2次元画像(117b)を前記2次元画像センサから取得するステップ(414c)と、
を有してなることを特徴とする方法(400c)。
In a method (400c) for providing a hyperspectral image (102) of a two-dimensional area of a remote object (104):
A hyperspectral imaging system (100c),
At least one optical element (106);
A drum (402) with at least one slit (404a, 404b, 404c, 404d) formed in its surface (406) and a folding mirror (406) located on itself;
An actuator (410) for rotating the drum;
A controller (114);
A spectrometer (110);
A two-dimensional image sensor (112);
Providing (402c) a hyperspectral imaging system (100c) comprising:
Positioning (404c) the at least one optical element to receive light (115a) associated with the remote object;
An opening (414) on one side (416) of the drum is arranged to receive the light from the at least one optical element, and the folding mirror receives the light received from the at least one optical element. Positioning the drum so as to reflect towards the interior of the surface (418), wherein the interior of the surface is disposed at the image plane of the at least one optical element (406c). )When,
A dispersion device (116) configured to receive a first ray (115c) associated with the remote object and to output a first dispersion ray (115e) to the two-dimensional image sensor. The drum is rotated so that the first slit (404a) of the at least one slit can be passed through the first slit (404a) of the at least one slit to the spectrometer having at least Controlling the actuator (408c) such that
Obtaining a first two-dimensional image (117a) of the first dispersed ray from the two-dimensional image sensor (410c);
The disperser configured to cause a second ray (115g) associated with the remote object to receive the second ray and output a second dispersive ray (115i) to the two-dimensional image sensor. So that the disk is rotated and the first slit of the at least one slit is arranged so that it can pass through the first slit of the at least one slit to the spectrometer comprising at least Controlling the actuator (412c);
Obtaining a second two-dimensional image (117b) of the second dispersed ray from the two-dimensional image sensor (414c);
A method (400c) comprising:
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