高光譜照相機能夠一瞬間捕獲大量信息！

　　在萊斯大學TuLIPSS光譜分析儀中，一束束的光纖線一瞬間將室內(nèi)空間和光譜儀信息傳輸?shù)教綔y儀上。隨后，這種信息能夠被解決為迅速的自然環(huán)境或微生物解析。從外太空拍攝的規(guī)范快照更新并不可以徹底呈現(xiàn)宇宙的壯麗，有那么多物品需看。為了揭示肉眼無法觀察到的細節(jié)，萊斯大學工程師們正在研制一種便攜式光譜儀，這種光譜儀可以安裝在一顆小衛(wèi)星上，可以用飛機或無人機飛行，甚至有一天可以拿在手里。

　　萊斯大學布朗工程學院和威斯自然科學學院的生物工程師托馬茲·特卡奇克和同事發(fā)表了美國國家航空航天局資助項目的第一個結(jié)果。該項目旨在開發(fā)一種具有不同尋常通用性的小型精密光譜儀，其研究發(fā)表在《光學快報》上。分光計是一種儀器，它從物體或場景中收集光線，分離顏色并對其進行量化，以確定其所見物質(zhì)的化學成分或其他特征。Rice設備被稱為可調(diào)諧光波導圖像處理快照光譜儀(TuLIPSS)，它將使研究人員能夠即時捕獲可見光和近紅外光譜中的數(shù)據(jù)。

　　而不像目前系統(tǒng)那樣逐行掃描場景，然后再重新組裝。TuLIPSS生成的高光譜圖像中的每個像素都包含光譜或空間信息。在這種情況下，“像素”是數(shù)千根光纖，它們是一種柔性光波導，將圖像組件傳輸?shù)綑z測器。因為他們可以重新定位光纖，研究人員可以定制發(fā)送到探測器的圖像和光譜數(shù)據(jù)的平衡。例如，這種裝置可以通過調(diào)整來測量樹木的化學成分，看看它是健康的還是患病的。它可以對細胞、一片葉子、一個社區(qū)、一個農(nóng)場或一個星球做同樣的事情。

　　在連續(xù)捕捉模式下，類似于相機的馬達驅(qū)動，它可以顯示一個固定場景中光譜“指紋”如何隨時間變化，或者實時捕捉閃電的光譜特征。TuLIPSS是獨一無二的，因為它像任何相機一樣工作，瞬間捕捉所有高光譜數(shù)據(jù)——研究人員稱之為數(shù)據(jù)立方體。這意味著飛機或軌道衛(wèi)星可以快速拍攝地面圖像，以避免運動模糊造成數(shù)據(jù)失真。機載處理將過濾數(shù)據(jù)，并只發(fā)送回地球所需的，節(jié)省時間和資源。在颶風哈維這樣的事件中，這將是一個有趣的工具。當發(fā)生洪水和潛在的污染時

　　一種能夠飛越水庫上空的設備可以告訴人們水是否可以安全飲用。這將比把人送到一個可能很難到達的網(wǎng)站更有效。在普通相機中，鏡頭將入射光聚焦到傳感器芯片上，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖像。在郁金香中，鏡頭將光線聚焦到一個中間環(huán)節(jié)：一束光纖。在目前的原型中，這些光纖收集了超過30000個空間樣本和450到750納米范圍內(nèi)的61個光譜通道(本質(zhì)上是數(shù)十萬個數(shù)據(jù)點)，通過棱鏡將這些數(shù)據(jù)分割成各自的成分帶，并傳遞給探測器。然后探測器將這些數(shù)據(jù)點輸入軟件，軟件將這些數(shù)據(jù)點重新組合成所需的圖像或光譜。

　　光纖陣列在輸入端被緊密地壓縮，并在輸出端重新排列成單獨可尋址的行，它們之間有間隙，以避免重疊。行間距允許研究人員為特定的應用調(diào)整空間和光譜采樣。第一作者王葉(音譯)今年在萊斯大學獲得了博士學位，她和同事們煞費苦心地制作了這個模型，手工組裝和定位纖維束。他們用水稻內(nèi)部和周圍的場景來測試它，重建建筑物的圖像來微調(diào)郁金香，并拍攝校園樹木的光譜圖像來“檢測”物種。還成功地利用光譜數(shù)據(jù)分析了各種植物的健康狀況。

　　休斯頓移動交通的連續(xù)捕捉圖像顯示，該系統(tǒng)能夠看到哪些頻譜在隨時間變化(比如移動的車輛和不斷變化的交通燈)，哪些是穩(wěn)定的(其他一切)。該實驗是一個有用的概念證明，以顯示如何能譜儀過濾運動模糊在動態(tài)情況下。研究報告的撰寫者之一、萊斯太空研究所所長、物理學和天文學教授大衛(wèi)·亞歷山大說：研究人員已經(jīng)開始與休斯頓市和萊斯的金德城市研究所討論在該市的航空研究中測試機器的問題。既然我們無論如何都需要測試，想做一些有用的事情。

　　一張大城市的高光譜地形圖能夠 表明城市風光的轉(zhuǎn)變，將工程建筑與生態(tài)公園或蜂花粉來源于區(qū)別起來。基礎理論上，在大城市空中的按時飛機航班將容許人們繪圖出持續(xù)轉(zhuǎn)變的狀況，并明確必須關心的地域。將來版本號將有利于農(nóng)牧業(yè)和空氣解析，藻類繁殖和其他環(huán)境條件下的快速數(shù)據(jù)采集。真正的挑戰(zhàn)是決定首先關注什么，最終，想要取得足夠的成功，下一階段的研發(fā)工作將推動更接近于在太空中飛行中使用。