シフト変動カラーコーディング回折スペクトルイメージングシステム

最先端のスナップショットスペクトルイメージング（SI）システムは、柔軟な空間-スペクトル変調を得るために、カラ―コーディングアパーチャー（CCA）をセットアップに導入しており、一連のコード化された測定値からスペクトル情報を再構築できます。CCAの他にも、レンズ、プリズム、ビームスプリッターなどの光学素子が一般的に使用され、システムは大きく実用的でなくなります。最近、回折光学素子（DOE）が屈折レンズの一部を置き換え、SIデバイスのサイズを劇的に縮小しています。これらのシステムのセンサーは、未知のシーンと各スペクトル帯域での点拡散関数（PSF）との間の空間的シフト不変畳み込みによってモデル化された投影として表現されます。ただし、DOEの高さマップはスペクトル変調に変化をもたらす唯一の自由パラメータであり、再構築の不適切性を著しく増加させます。この課題を克服するために、我々の研究はDOEとCCAから成る光学セットアップのスペクトル変調の利点を探ります。具体的には、光はDOEによって回折され、センサーの近くに位置するCCAによってフィルタリングされます。提案されたシステムのシフト変動特性は明確に示されており、各ピクセルに対して異なるPSFが生成され、CCAには対称構造制約が課されることで結果として得られるPSFの数が減少します。さらに、完全に微分可能な画像形成モデルを使用したエンドツーエンドアプローチで、DOEとCCAのパラメータを共同設計し、大規模な画像セットにわたって真の画像と再構築された画像との間の偏差を最小化します。シミュレーション結果は、提案されたシステムが現在の最先端のシステムと比較して、スペクトル再構築品質を最大4 dB向上させることを示しています。最後に、屋内および屋外シーンで製造されたプロトタイプに関する実験結果は、提案されたシステムの有効性を確認し、420–660 nmの範囲内で最大49の高忠実度スペクトルバンドを回復できることを示しています。