多光谱和偏振组合传感器的制作方法

1.本技术涉及成像传感器，更具体地涉及多光谱和偏振组合传感器，其能够提供多光谱成像和偏振成像两者，而没有光学复杂性也无需多个焦平面阵列(fpa)。


背景技术：

2.利用电子光学传感器的成像系统可用于确定物体的一个或多个特性，其中电子光学传感器接收来自物体或被物体反射的电磁辐射信号。多光谱传感器是捕获具有许多波长的电磁辐射的图像的电子光学传感器。这些多光谱传感器可利用若干不同相机来捕获红色、绿色、蓝色和这些颜色之间的波长的图像，以及捕获具有紫外(uv)和各种红外(ir)波长的图像。通常，在多光谱成像中使用这些类型的多光谱传感器对于许多事情是有用的，许多事情包括：地形分类；检测特定材料(矿物、油漆、金属、车辆、道路、建筑材料、溢油、土壤类型等)；以及表征大气、云、天气、气候。
3.为了改进这些类型的成像传感器，在成像传感器中还包括偏振传感器。偏振成像利用偏振传感器将捕获的图像中的接收光分成不同的偏振平面，例如，垂直、水平和45度偏振通道等。因为人造材料倾向于比自然材料更强烈地偏振光，所以适当的处理这些偏振通道可以产生线性偏振度(dolp)图像，这导致人造物体相对于捕获的图像中的杂乱背景“突出”。
4.不幸的是，利用多光谱传感器和偏振传感器两者的已知类型的成像传感器是复杂的并且需要单独的相机以及将从会聚光学元件(即，望远镜)捕获的图像光分成不同的光谱带和偏振通道的一个或多个光束分光器。在操作的示例中，所收集的图像光的一部分被引导通过聚焦光学器件而到达用作多光谱成像传感器的第一相机，并且所收集的图像光的另一部分被引导到用作偏振成像传感器的另一相机。在该示例中，每个相机被实现为焦平面阵列(fpa)，并且这些已知的成像系统利用了复杂的光学器件和至少两个fpa。
5.因此，需要一种新型的成像传感器，该成像传感器提供多光谱成像和偏振成像两者，但没有光学复杂性，也无需多个fpa。
6.公开内容
7.公开了一种多光谱和偏振组合(cmsp)传感器。cmsp传感器包括多光谱和偏振(msp)滤波器、焦平面阵列(fpa)和控制器。fpa包括多个检测器，msp滤波器至少包括具有第一频率范围的第一带通滤波器和具有不同于第一频率范围的第二频率范围的第二带通滤波器以及具有第一偏振状态的第一偏振滤波器和具有不同于第一偏振状态的第二偏振状态的第二偏振滤波器。该控制器与msp滤波器和单个fpa信号通信，并且被配置成：当场景的特定部分具有与单个fpa的第一检测器的第一对准并且第一带通滤波器处于场景的特定部分与第一检测器之间时，发起对场景的第一图像的捕获，其中第一图像(806)被配准；响应于确定场景的特定部分具有与单个fpa的第二检测器的第二对准并且第二带通滤波器处于场景的特定部分与该第二检测器之间，发起场景的第二图像的存储，第二对准基本上匹配第一对准，第二图像是当场景的特定部分具有与第二检测器的第二对准时被捕获的，其中，
第二图像被配准；响应于确定该场景的特定部分具有与单个fpa的第三检测器的第三对准并且第一偏振滤波器处于场景的特定部分与该第三检测器之间时，发起对场景的第三图像的存储，第三对准基本上匹配第一对准，第三图像是当场景的特定部分具有与第三检测器的第三对准时捕获的，其中第三图像被配准；以及至少使用第一图像、第二图像和第三图像生成多光谱和偏振合成图像，其中第一图像、第二图像和第三图像被共同相加以将多光谱和偏振合成图像构建为超立方体图像，其中第一图像、第二图像和第三图像的共同相加增加多光谱和偏振合成图像的对比噪声比(cnr)。
8.在检查以下附图和详细说明时，本披露中所描述的概念的其他装置、设备、系统、方法、特征、和优点对于本领域的技术人员来说将是或将变得明显的。所有这样的附加装置、设备、系统、方法、特征、和优点旨在被包括在本说明书中、在本公开的范围内，并且被所附权利要求保护。
附图说明
9.通过参考以下附图，可以更好地理解本公开中所描述的概念。附图中的部件不必按比例绘制，而是将重点放在示出本公开中所描述的概念的原理上。在附图中，遍及不同视图，相同的参考标号表示相应部分。
10.图1是根据本公开的多光谱和偏振组合(cmsp)传感器的实施例的系统框图。
11.图2是根据本公开示出的控制器的实施例的系统框图。
12.图3是根据本公开在图1中示出的焦平面阵列(fpa)的实施例的俯视图。
13.图4a是根据本公开所示的多光谱和偏振(msp)滤波器的实施例的俯视图。
14.图4b是根据本公开的图4a所示的msp滤波器的砧板型(butcher block)光谱滤波器的实施例的俯视图。
15.图5是根据本公开的在图4a中示出的fpa和在图4b中示出的msp滤波器的实施例的侧视图。
16.图6是根据本公开的cmsp传感器在卫星上的操作示例的系统框图。
17.图7是根据本公开在图1中示出的cmsp传感器的操作方法的示例的流程图。
18.图8a是根据本公开的在场景中的目标与图3中示出的fpa的第一检测器之间的第一对准的示例的系统框图。
19.图8b是根据本公开的在场景中的目标与图3中示出的fpa的第二检测器之间的第二对准的示例的系统框图。
20.图8c是根据本公开的在场景中的目标与图3中所示的fpa的第三检测器之间的第三对准的示例的系统框图。
具体实施方式
21.公开了一种多光谱和偏振(cmsp)组合传感器。cmsp传感器增强了场景的采集图像的对比噪声比(cnr)。cmsp传感器包括多光谱和偏振(msp)滤波器、单个焦平面阵列(fpa)和控制器。fpa包括多个检测器，msp滤波器至少包括具有第一频率范围的第一带通滤波器和具有不同于第一频率范围的第二频率范围的第二带通滤波器以及具有第一偏振状态的第一偏振滤波器和具有不同于第一偏振状态的第二偏振状态的第二偏振滤波器。控制器与
msp滤波器和单个fpa信号通信，并且被配置成：在场景的特定部分具有与单个fpa的第一检测器的第一对准并且第一带通滤波器处于场景的特定部分和第一检测器之间时，发起对场景的第一图像的捕获，其中第一图像被配准；响应于确定场景的特定部分具有与单个fpa的第二检测器的第二对准并且该第二带通滤波器位于该场景的该特定部分与该第二检测器之间时，发起对场景的第二图像的存储，第二对准基本上匹配第一对准，第二图像是在场景的特定部分具有与第二检测器的第二对准时被捕获的，其中，第二图像被配准；响应于确定该场景的该特定部分具有与单个fpa的第三检测器的第三对准并且第一偏振滤波器处于场景的特定部分和第三检测器之间，发起对场景的第三图像的存储，第三对准基本上匹配第一对准，第三图像是在场景的特定部分具有与第三检测器的第三对准时捕获的，其中第三图像被配准；以及至少使用第一图像、第二图像和第三图像生成多光谱和偏振合成图像，其中第一图像、第二图像和第三图像被共同相加以将多光谱和偏振合成图像构建为超立方体图像，其中第一图像、第二图像和第三图像的共同相加增加了多光谱和偏振合成图像的对比噪声比(cnr)。
22.通常，cmsp传感器使相机的单个fpa与包括一系列光谱滤波器和偏振滤波器的msp滤波器叠置。单个fpa通常具有大像素格式，单个fpa与偏振滤波器和跨光谱频率的大范围频带(诸如例如vnir swir、mwir或lwir)的一系列光谱滤波器叠置。
23.偏振滤波器可以包括从例如-90度到90度变化的正交或增量变化的偏振滤波器频带。偏振滤波器添加用于将场景中的目标与背景噪声区分的附加模式，因为在视觉、mwir和lwir波长处的偏振对于检测场景中的自然背景的混乱中的人造物体提供强的区别性。作为示例，场景内与来自cmsp传感器的视线(los)成标准45度定向的各种涂漆板的测量已经产生等效于2开尔文至6开尔文差的线性偏振度(dolp)强度。因此，向msp滤波器添加不同偏振滤波器使得cmsp传感器能够执行dolp测量，其添加有补充感测模式以用于检测正被cmsp传感器扫描的场景中的目标。
24.利用cmsp传感器，可以在cmsp传感器沿着陆块上的地面条带收集陆块的多个场景的一系列图像帧的同时通过跨陆块上的地面条带扫描视场(fov)来形成频谱图像立方体。cmsp传感器上的惯性测量单元(imu)传感器提供精确的指向信息，使得能够实现多个场景的捕获图像帧的实时机载(on-board)子像素对准和图像帧的共添加(堆叠)。该过程通常是数字域时间延迟和积分(tdi)过程。作为imu传感器的替代或增强，完善建立的配准处理还可以以子像素精度确定捕获帧的对准。
25.作为另一示例，代替跨陆块扫描fov，cmsp传感器还可被用于当cmsp传感器沿着跨天空扫描的条带收集天空的多个场景的一系列图像帧时扫描天空的条带。
26.在该示例中，cmsp传感器使得能够通过分别处理光谱序列的每个重复段来形成光谱图像立方体的时间序列。差分处理技术然后通过根据地面样本距离(gsd)检测物体在与第一重复段和第二重复段相关联的采集时间之间移动的像素数量来提供对场景内的子像素移动目标的检测。
27.在操作的示例中，cmsp传感器通常位于正在移动的移动平台上并且扫描远离cmsp传感器的场景。如果移动平台是例如卫星、航天器、航空器或无人飞行器，则场景在地面上。相反，如果cmsp传感器被固定在地面上，则cmsp传感器可以利用万向接头类型的装置或者经由电子扫描来扫描天空。
28.在操作的示例中，cmsp传感器具有fov，并且当从场景收集图像帧序列时，fov以“推-扫”类型的模式从空中或空间移动平台扫描地面上的场景。该图像帧序列是原始图像数据，其被处理以在许多光的波长和偏振状态下形成地面上的场景的大区域的图像。在该示例中，cmsp传感器被配置成利用包括光谱滤波器和偏振滤波器两者的msp滤波器来获取原始图像数据。因此，cmsp传感器可以仅使用单个相机装置(如单个fpa)和单个光学装置(如望远镜)同时产生用于光谱和偏振感测模式两者的图像产品。如之前所讨论的，本公开不限于地球上陆块的成像，也可以被应用于太空物体的成像，包括行星、小行星、人造空间物体(诸如卫星和火箭主体)以及太阳系外物体。
29.本领域普通技术人员应当认识到，多光谱传感器(通常称为“光谱传感器”)在光的许多波长(其中，波长与频率成反比)下捕获图像。光谱传感器是红-绿-蓝相机的延伸，该相机包括更多中间颜色而且可以在紫外(uv)波长和各种红外(ir)波长下捕获图像。一般而言，多光谱成像可用于许多应用，许多应用包括例如地形分类、检测特定材料(矿物、油漆、金属、车辆、道路、建筑材料、溢油、土壤类型等)、表征大气、云、天气和气候。此外，偏振成像通常将所接收的光分成垂直、水平、
±
45度偏振通道和圆偏振通道。如前所述，通常，人造材料倾向于比天然材料更强地偏振光。这样，处理不同偏振通道以产生dolp图像将使得任何人造物体相对于杂乱背景“突出”。
30.不同于产生多光谱图像和偏振图像两者的已知方法，cmsp传感器相较硬件并不复杂、利用较少的光学器件、并且利用单个fpa用于单个大范围光谱带(即，vnir swir、mwir和lwir)。利用cmsp传感器，则不需要单独的相机(一个用于多光谱图像捕获并且另一个用于偏振图像捕获)、用于将从采集光学器件(即，望远镜)接收的光分开的光束分离器、以及用于将分开的光的第一部分引导至第一相机上的光谱成像传感器(即，第一fpa)的第一组聚焦光学器件以及用于将分开的光的第二部分引导至第二相机上的偏振成像传感器(即，第二fpa)的第二组聚焦光学器件。
31.转向图1，示出了根据本公开的cmsp传感器100的实施例的系统框图。在该示例中，cmsp传感器100位于移动平台102上。cmsp传感器100包括msp滤波器104、单个fpa 106以及与msp滤波器104和单个fpa 106信号通信的控制器108。msp滤波器104至少包括具有第一频率范围的第一带通滤波器和具有不同于第一频率范围的第二频率范围的第二带通滤波器以及具有第一偏振值的第一偏振滤波器和具有不同于第一偏振值的第二偏振值的第二偏振滤波器。
32.fpa 106包括多个检测器110，并且fpa 106、多个检测器和msp滤波器104的组合形成相机112。控制器108被配置成用于在场景114的特定部分具有与单个fpa 106的多个检测器110中的第一检测器的第一对准并且第一带通滤波器处于场景114的特定部分和第一检测器之间时发起对场景114的第一图像的捕获。控制器108还被配置成响应于确定场景114的特定部分具有与单个fpa 106的第二检测器的第二对准并且第二带通滤波器处于场景114的特定部分与第二检测器之间而发起对场景114的第二图像的存储，该第二对准基本上匹配第一对准。当场景的特定部分具有与第二检测器的第二对准时捕获第二图像。此外，控制器108还被配置成响应于确定场景114的特定部分具有与单个fpa 106的第三检测器的第三对准并且第一偏振滤波器处于场景114的特定部分与第三检测器之间而发起对场景114的第三图像的存储，第三对准基本上匹配第一对准。当场景114的特定部分具有与第三检测
器的第三对准时捕获第三图像。此外，控制器108还被配置为使用至少第一图像、第二图像和第三图像生成多光谱和偏振合成图像116。
33.cmsp传感器100还可以包括望远镜118、光学视线(los)测量装置120、运动装置122、运动检测器124和储存器125。los测量装置120可包括imu。运动装置122被配置成物理地移动并且在朝向场景114的方向上引导望远镜118，并且运动检测器124被配置成测量望远镜118的运动。作为对imu的替代或补充，系统还可以包括图像配准处理能力，从而以子像素精度估计图像之间的相对指向向量。
34.在该示例中，控制器108与fpa 106、检测器110、望远镜118、los测量装置120、运动装置122和运动检测器124信号通信。fpa 106还与运动装置122、运动检测器124和储存器125信号通信。储存器125是诸如存储器的存储装置并且与控制器108信号通信。在这个示例中，望远镜118可以是相机112的一部分并且其具有指向场景114的视场(fov)126。此外，在该示例中，场景114可以含有目标128(例如，场景114的特定部分128)，其将由cmsp传感器100检测到。
35.本领域普通技术人员应当认识到，cmsp传感器100的电路、部件、模块和/或装置或者与cmsp传感器100相关联的电路、部件、模块和/或装置被描述为彼此进行信号通信，其中，信号通信是指电路、部件、模块和/或装置之间的任何类型的通信和/或连接，它们允许电路、部件、模块和/或装置传送和/或接收来自另一电路、部件、模块和/或装置的信号和/或信息。通信和/或连接可以沿着电路、部件、模块和/或装置之间的任何信号路径，它们允许信号和/或信息从一个电路、部件、模块和/或装置传递到另一个并且包括无线或有线信号路径。信号路径可以是物理的，诸如，例如，导线、电磁波导、电缆、和/或附接的电磁或机械连接的端子、半导体或介电材料或装置、或其他类似的物理连接或耦接。另外，信号路径可以是非物理的，诸如自由空间(在电磁传播的情况下)或通过数字部件的信息路径，其中通信信息以变化的数字格式从一个电路、部件、模块和/或装置传递到另一个，而不通过直接的电磁连接传递。
36.在图2中，示出根据本公开的控制器108的实施例的系统框图。控制器108可以包括计算装置200或者是计算装置200的一部分，计算装置200可以包括一个或多个处理器202、存储器204和一个或多个通信接口206。存储器204可包括存储器204上的存储指令210的机器可读介质208，指令210在由计算装置200执行时使控制器108执行各种操作。
37.在此示例中，计算装置200包括一个或多个处理器202，所述一个或多个处理器202包括(例如)微处理器、单核处理器、多核处理器、微控制器、专用集成电路(asic)、逻辑装置(例如，经配置以执行处理操作的可编程逻辑装置)、数字信号处理(dsp)装置、用于存储可执行指令(例如，软件、固件或其他指令)的一个或多个存储器，和/或用以执行指令以执行本公开中描述的各种操作中的任意操作的处理装置和/或存储器204的任何其他适当组合。一个或多个处理器202被适配成经由一个或多个通信接口206与存储器204和其他装置(即，fpa 106、los测量装置120、运动装置122、运动检测器124和望远镜118)进行连接和通信以执行如在此所描述的方法和处理步骤。一个或多个通信接口206包括移动平台102内的有线或无线通信总线。
38.在各种示例中，本领域普通技术人员应当认识到，处理操作和/或指令集成在软件和/或硬件中，作为一个或多个处理器202的一部分、或作为存储在存储器204中的代码(例
如，软件或配置数据)。本公开中披露的处理操作和/或指令210的示例由具有非暂时性形式的机器可读介质208(例如，存储器204、硬盘驱动器、致密盘、数字视频盘或快闪存储器)存储，以便由一或多个处理器202(例如，计算机，例如逻辑或基于处理器的系统)执行以执行本文中所公开的各种方法。在该示例中，机器可读介质208被示出为存在于计算装置200内的存储器204中，但是普通技术人员应当认识到，机器可读介质208可以位于计算装置200外部的其他存储器上。作为另一示例，机器可读介质208可以被包括作为一个或多个处理器202的一部分。
39.在此示例中，存储器204可以包括一个或多个存储器装置(例如，一个或多个存储器)以存储数据和信息。一个或多个存储器装置可以包括各种类型的存储器，包括易失性和非易失性存储器装置，如ram(随机存取存储器)、rom(只读存储器)、eeprom(电可擦可编程只读存储器)、闪存、或其他类型的存储器。存储器204可以包括计算装置200内的一个或多个存储器装置和/或位于计算装置200外部的一个或多个存储器装置。一个或多个处理器202适配于执行存储在存储器204中的软件(即，指令210)，以便按照在此处描述的方式执行各种方法、过程和操作。
40.在图3中，示出了根据本公开的fpa 300的实施例的俯视图。fpa 300包括沿fpa 300的表面304的多个检测器302。在该示例中，为了说明的目的，fpa 300被示出在表面304的第一边缘处沿检测器的第一行含有第一检测器306、第二检测器308和第三检测器310。
41.在图4a中，示出根据本公开的msp滤波器400的实施方式的俯视图。在该示例中，msp滤波器400包括砧板型光谱滤波器堆叠件(overlay，层叠件)402，其包括多个带通滤波器，所述带通滤波器包括至少第一带通滤波器和第二带通滤波器，其中多个带通滤波器中的带通滤波器具有从红外(ir)频率到紫外频率变化的频率范围。msp滤波器400还包括多个偏振滤波器404，其包括第一偏振滤波器406、第二偏振滤波器408和第三偏振滤波器410，其中多个偏振滤波器404中的偏振滤波器具有从由垂直偏振、水平偏振、正45度偏振和负45度偏振组成的组中选择的偏振范围。在该示例中，msp滤波器400可以包括任何数目的砧板型光谱滤波器堆叠件，出于易于说明的目的，在此示例中，msp滤波器400被示出为具有四个砧板型光谱滤波器堆叠件，其示出为第一光谱滤波器402、第二光谱滤波器412、第三光谱滤波器414和第四光谱滤波器416。
42.图4b是根据本公开的msp滤波器400的砧板型光谱滤波器(即，可以是例如第一光谱滤波器402、第二光谱滤波器412、第三光谱滤波器414和第四光谱滤波器416的砧板型光谱滤波器堆叠件417)的实施例的俯视图。在该示例中，砧板型光谱滤波器堆叠件402可包括多个带通滤波器，其包括第一带通滤波器418、第二带通滤波器420至第n带通滤波器422，其中n可等于基于msp滤波器400的设计的任何数量。应当理解，为了说明的目的，仅示出四(4)个光谱滤波器(即，第一光谱滤波器402、第二光谱滤波器412、第三光谱滤波器414和第四光谱滤波器416)，然而，基于msp光谱滤波器400的设计，可以存在从两(2)个到一组大量的光谱滤波器。在操作中，这些光谱滤波器可重复多次，其中光谱图像超立方体可以由光谱滤波器的利用的每次迭代中形成，或者可替换地，单个光谱图像超立方体可以来自所有的交互。在本公开中，通过重复地产生场景的图像以产生光谱图像超立方体，cmsp传感器100能够通过减去所产生的光谱图像来检测场景中的移动目标或图像以确定场景的光谱图像中的不同之处。在图5中，示出根据本公开的fpa 300和msp滤波器104的侧视图。
43.在此示例中，第一频率范围与第一颜色相关联，且第二频率范围与不同于第一颜色的第二颜色相关联。此外，msp滤波器104、400包括含有光谱滤波器序列的砧板型光谱滤波器402、412、414或416以及偏振滤波器序列404，其中光谱滤波器序列402、412、414或416的带通滤波器具有从红外(ir)频率到紫外频率变化的频率范围。此外，偏振滤波器序列404的偏振滤波器可以具有从由垂直偏振、水平偏振、正45度偏振、负45度偏振、其他线偏振、右旋圆偏振和左旋圆偏振组成的组中选择的偏振范围。
44.转向图6，示出了根据本公开的cmsp传感器100在卫星600上的操作示例的系统图。卫星600是cmsp传感器100所处于的移动的运动物/交通工具平台的示例。在这个示例中，交通工具被示出为卫星600，但是应当认识到，如之前讨论的，交通工具可以替代诸如航空交通工具，例如，有人驾驶或无人驾驶的飞机、热气球或其他类似交通工具。卫星600通常沿着直线路径602以恒定速度飞行并且在陆块604上方以恒定高度飞行，从而沿着陆块604的条带608观察场景606。cmsp传感器100通常位于卫星600上并且扫描位于卫星600上的cmsp传感器100远处的场景606。在操作的示例中，cmsp传感器100具有fov 126，并且当从场景606收集图像帧序列时，fov 126以“推-扫”类型的模式从卫星600扫描陆块604上的场景606。可替代地，代替fov 126以推扫类型的模式扫描陆块604上的场景606，fov 126的los可以在不移动cmsp传感器100的情况下机械地或电子地扫描陆块604(或天空)。此外，msp滤波器104可移动经过fpa 106。
45.如前所述，该图像帧序列是被处理以在许多光波长和线性偏振状态下形成场景606的大区域图像的原始图像数据。结果，cmsp传感器100仅使用包括单个fpa 106的单个相机装置112和单个光学装置(即，望远镜118)产生同时关于光谱和偏振感测模式两者的图像产品。
46.在该示例中，cmsp传感器100的fpa 300可以从小(例如，具有大约256个检测器)到非常大(例如，具有多于10k的检测器)。在该特定示例中，在cmsp传感器100的fpa 300中可以存在总共4096个检测器302，4096个检测器302被划分为15个光谱通道，其中每个光谱通道对应于砧板型光谱滤波器堆叠件402、412、414或416的带通滤波器(即418至422)。每个光谱通道可以跨越fpa 300的大约250像素列的检测器302。
47.在操作中，当相机112和望远镜118的组合的fov 126以针对相机112的每次曝光大约1gsd移动经过场景606和条带608时，在每个像素处测量场景606中的每个地面点n次，其中n大约等于像素数量除以通道加上所有缓冲器的数量。从场景606接收的图像帧被配准并且共同相加以构建超立方体(即，光谱图像立方体)。通常，接收图像帧的共同相加将对比度噪声比(cnr)增加了n的平方根的一个因子，并抑制任何fpa300空间非均匀性残余噪声。此外，该处理重复多次(例如三次)，并且在场景606中的每个地面点上进行三次偏振测量(例如，在0度、45度和-45度)。作为另一个示例，偏振测量可替换地是右手圆偏振和左手圆偏振。
48.图7是根据本公开的cmsp传感器100在捕获图像数据中的操作方法700的示例的流程图。该方法包括在场景114或606的特定部分具有与fpa106、300的第一检测器306的第一对准，并且第一带通滤波器418处于场景114或606的特定部分和第一检测器306之间时，利用cmsp传感器100捕获702场景114或606的第一图像，并且存储704场景114或606的第一图像。
49.然后，方法700确定706场景114或606的特定部分是否与第二检测器308和第二带通滤波器420对准。响应于确定场景114或606的特定部分具有与单个fpa 106、300的第二检测器308的第二对准并且第二带通滤波器420处于场景114或606的特定部分和第二检测器308之间，在场景114或606的特定部分具有与第二检测器308的第二对准时捕获708另一个(例如，第二)图像，第二对准基本上匹配第一对准。然后，方法700存储710场景114或606的第二图像。在该示例中，第二带通滤波器420具有与第一带通滤波器418的第一频率范围不同的第二频率范围。然后，方法700重复步骤706。
50.反之，如果方法700确定706场景114或606的特定部分与第二检测器308和第二带通滤波器420不对准，则方法700确定712场景114或606的特定部分是否具有与单个fpa 106、300的第三检测器310的第三对准并且第一偏振滤波器406处于场景114或606的特定部分和第三检测器310之间。如果场景114或606的特定部分与第三检测器310对准并且第一偏振滤波器406处于场景114或606的特定部分和第三检测器310之间，则捕获714具有与第三检测器310的第三对准的场景114或606的另一(例如，第三)图像。然后，方法700存储716场景114或606的第三图像，并且该方法重复步骤706。反之，如果方法700确定712场景114或606的特定部分不具有与单个fpa 106、300的第三检测器310的第三对准，那么方法700确定718场景114或606的特定部分是否具有与fpa 106、300的另一检测器的对准。如果是，则方法700重复步骤706。如果否，则方法700至少使用第一、第二和第三图像生成720多光谱和偏振合成图像116，并且过程结束。
51.在该示例中，第一频率范围与第一颜色相关联，第二频率范围与不同于第一颜色的第二颜色相关联。此外，如前所述，msp滤波器104或400包括含有光谱滤波器序列的砧板型光谱滤波器402、412、414或416以及偏振滤波器序列404，其中光谱滤波器序列402、412、414或416的带通滤波器具有从红外(ir)频率到紫外频率变化的频率范围。此外，偏振滤波器序列404的偏振滤波器可以具有从由垂直偏振、水平偏振、正45度偏振、负45度偏振、其他线性方向或可选的左手或右手圆偏振组成的组中选择的偏振范围。
52.方法700还可以包括调整cmsp传感器100的一个或多个部件以产生场景114、606的特定部分与第二检测器308的第二对准。
53.转向图8a，示出了根据本公开的关于场景606中的目标128和fpa300的第一检测器306之间的第一对准800的示例的系统框图。在图8b中，示出了根据本公开的关于目标128和第二检测器308之间的第二对准802。在图8c中，示出了根据本公开的关于目标128和第三检测器310之间的第三对准804。在图8a所示的第一个示例中，目标128与第一检测器306和第一带通滤波器418对准，并且cmsp传感器100产生第一图像806并将其存储在储存器125中。在图8b所示的第二个示例中，目标128与第二检测器308和第二带通滤波器420对准，并且cmsp传感器100产生第二图像808并将其存储在储存器125中。此外，在图8c所示的第三个示例中，目标128与第三检测器310和第一偏振滤波器406对准，并且cmsp传感器100产生第三图像810并将其存储在储存器125中。一旦存储了第三图像810，cmsp传感器100可以产生基本合成图像116。通常，可以理解为，在产生高质量合成图像116之前，cmsp传感器100将对fpa 106中的所有像素列重复该处理。
54.在该示例中，msp滤波器206被描述为在诸如卫星600移动平台上相对于场景606移动，其中随着msp滤波器206利用推-扫类型的模式沿着条带608移动时产生第一图像806、第
二图像808和第三图像810。然而，cmsp传感器100可替换地使用扫描类型的操作模式，其中相机112机械地或电子地扫描条带608。此外，cmsp传感器100还可以在非移动平台上使用扫描类型的操作模式，其中相机112机械地或电子地扫描陆块604的条带608或天空。在这些扫描示例中，cmsp传感器100通过将相机112(或仅将fpa 200)瞄准到指向场景606的第一位置来产生第一图像806，并且通过将fpa 200瞄准到指向场景606的第二位置来产生第二图像808。该过程可以重复地用于指向场景606的多个瞄准角度，并从该场景产生多个图像。
55.此外，在该示例中，当fpa 200从场景606接收图像数据(例如电磁能量)以产生第一图像806、第二图像808和第三图像810时，msp滤波器206被描述为固定在fpa 200上；然而，cmsp传感器100可替代地沿着fpa 200移动msp滤波器206的位置，以便在场景606和fpa 200的特定检测器之间对准不同的单独带通滤波器或偏振滤波器。
56.作为示例，第一检测器306可以最初处于对应于第一带通滤波器418在场景606的特定部分(即，目标128)和第一检测器306之间时的第一对准800。然而，在该示例中，在第二对准中，第一带通滤波器418偏移离开第一检测器306，第二带通滤波器420偏移到第一检测器306，使得第二对准对应于第一对准800，但在这种情况下，第二带通滤波器420处于场景606的特定部分128和第一检测器306之间。
57.根据本公开的进一步说明性和非排他性示例在以下段落中描述：
58.在根据本公开的示例中，cmsp传感器100包括：具有单个fpa 106的相机112，该fpa 106包括多个检测器110、302；msp滤波器104、400，包括光谱滤波器序列402和偏振滤波器序列404，其中光谱滤波器序列402至少包括具有第一频率范围的第一带通滤波器418和具有不同于第一频率范围的第二频率范围的第二带通滤波器420，而偏振滤波器序列404至少包括具有第一偏振值的第一偏振滤波器406和具有不同于第一偏振值的第二偏振值的第二偏振滤波器408；以及与msp滤波器104、400和单个fpa106、300进行信号通信的控制器108，控制器108被配置为当场景114、606的特定部分128具有与单个fpa 106、300的第一检测器306的第一对准800并且第一带通滤波器418处于场景114、606的特定部分128和第一检测器306之间时，发起场景114、606的第一图像806的捕获702；响应于确定706场景114、606的特定部分具有与单个fpa 106、300的第二检测器308的第二对准802并且第二带通滤波器420处于场景114、606的特定部分128和第二检测器308之间，发起对场景114、606的第二图像808的存储710，第二对准802基本上匹配第一对准800，当场景114、606的特定部分具有与第二检测器308的第二对准802时捕获第二图像808；响应于确定712场景114、606的特定部分128具有与单个fpa 106、300的第三检测器310的第三对准804并且第一偏振滤波器406处于场景114、606的特定部分128和第三检测器310之间，发起对场景114、606的第三图像810的存储716，第三对准804基本上匹配第一对准800，当场景114、606的特定部分128具有与第三检测器310的第三对准804时捕获第三图像810；并且至少使用第一图像806、第二图像808和第三图像810生成720多光谱和偏振合成图像116，其中第一图像806、第二图像808和第三图像810被共同相加以将多光谱和偏振合成图像116构建为超立方体图像，其中共同相加第一图像806、第二图像808和第三图像810增加了多光谱和偏振合成图像116的cnr。
59.可选地，在前面段落的cmsp传感器100中，第一频率范围与第一颜色相关联，并且第二频率范围与不同于第一颜色的第二颜色相关联。
60.可选地，在前面段落之一的cmsp传感器100中，msp滤波器104、400包括含有光谱滤
波器序列的砧板类型的光谱滤波器402和偏振滤波器序列404，其中光谱滤波器序列的带通滤波器具有从红外(ir)频率到紫外频率变化的频率范围。
61.可选地，在前面段落之一的cmsp传感器100中，偏振滤波器序列404的偏振滤波器具有从由垂直偏振、水平偏振、正45度偏振、负45度偏振、其他可选线偏振角、左手圆偏振和右手圆偏振的组中选择的偏振范围。
62.可选地，在前面段落之一的cmsp传感器100中，控制器进一步被配置成使cmsp传感器的一个或多个部件的位置被调整以产生场景的特定部分与第二检测器的第二对准。
63.可选地，在前面段落之一的cmsp传感器100中，msp滤波器包括滤波器阵列，其中控制器被配置成通过基于第一带通滤波器的物理尺寸移动滤波器阵列的位置来调整cmsp传感器的一个或多个部件的位置，并且其中第一检测器和第二检测器是同一检测器。
64.可选地，在先前段落之一的cmsp传感器中，还包括与msp滤波器和控制器进行信号通信的望远镜118。
65.可选地，在前面段落之一的cmsp传感器100中，还包括光学视线(los)测量装置120，其被配置为生成光学传感器视线移动数据。
66.可选地，在前面段落之一的cmsp传感器100中，los测量装置包括惯性测量单元(imu)。
67.可选地，在前面段落之一的cmsp传感器100中，cmsp传感器还包括运动装置122，其被配置为物理地移动并且在朝向场景的方向上引导望远镜，以及运动检测器124，其被配置为测量望远镜的运动。
68.可选地，在前面段落之一的cmsp传感器100中，cmsp传感器100通过将fpa 200瞄准到指向场景606的第一位置来产生第一图像806，并且通过将fpa 200瞄准到指向场景606的第二位置来产生第二图像808。
69.可选地，在前面段落之一的cmsp传感器100中，第二检测器是第一检测器306，并且第二对准对应于第一对准800，其中第二带通滤波器420处于场景114、606的特定部分128与第一检测器306之间，其中第一带通滤波器418已偏移离开第一检测器306，第二带通滤波器420已偏移到第一检测器306。
70.可选地，在前面段落之一的cmsp传感器100中，第一图像806、第二图像808和第三图像810被配准以产生第一对准800、第二对准802和第三对准804。
71.可选地，在前面段落之一的cmsp传感器100中，cmsp传感器被配置在移动平台102上，移动平台102从由卫星、航天器、航空器、无人驾驶飞行器和海事船只组成的组中选择。
72.在根据本公开的示例中，cmsp传感器100包括：msp滤波器104，至少包括具有第一频率范围的第一带通滤波器418和具有不同于第一频率范围的第二频率范围的第二带通滤波器420；以及具有第一偏振值的第一偏振滤波器406和具有不同于第一偏振值的第二偏振值的第二偏振滤波器408；包括多个检测器110的fpa 106；以及与msp滤波器104和单个fpa106进行信号通信的控制器108，控制器108被配置为：当场景114、606的特定部分128具有与单个fpa 106、300的第一检测器306的第一对准800并且第一带通滤波器418处于场景114、606的特定部分128和第一检测器306之间时，发起对场景114、606的第一图像806的捕获702；响应于确定706场景114、606的特定部分具有与单个fpa 106、300的第二检测器308的第二对准802并且第二带通滤波器420处于场景114、606的特定部分128和第二检测器308
之间，发起对场景114、606的第二图像808的存储710，第二对准802基本上匹配第一对准800，当场景114、606的特定部分具有与第二检测器308的第二对准802时捕获第二图像808；响应于确定712场景114、606的特定部分128具有与单个fpa 106、300的第三检测器310的第三对准804并且第一偏振滤波器406处于场景114、606的特定部分128和第三检测器310之间，发起对场景114、606的第三图像810的存储716，第三对准804基本上匹配第一对准800，当场景114、606的特定部分128具有与第三检测器310的第三对准804时捕获第三图像810；并且至少使用第一图像806、第二图像808和第三图像810生成720多光谱和偏振合成图像116，其中第一图像806、第二图像808和第三图像810被共同相加以将多光谱和偏振合成图像116构建为超立方体图像，其中共同相加第一图像806、第二图像808和第三图像810增加了多光谱和偏振合成图像116的cnr。
73.可选地，在前面段落之一的cmsp传感器100中，控制器108包括：存储器204；一个或多个处理处理器202；以及存储器204上的机器可读介质208，其中机器可读介质208存储指令210，当由一个或多个处理器202执行指令时，指令致使控制器108执行包括捕获第一图像806、第二图像808和第三图像810的操作，并生成多光谱和偏振合成图像116。
74.可选地，在前面段落之一的cmsp传感器100中，第一频率范围与第一颜色相关联，而第二频率范围与不同于第一颜色的第二颜色相关联。
75.可选地，在前面段落之一的cmsp传感器100中，msp滤波器104、400包括含有光谱滤波器序列的砧板类型的光谱滤波器402和偏振滤波器序列404，其中光谱滤波器序列的带通滤波器具有从红外(ir)频率到紫外频率变化的频率范围。
76.可选地，在前面段落之一的cmsp传感器100中，偏振滤波器序列404的偏振滤波器具有从由垂直偏振、水平偏振、正45度偏振、负45度偏振、其他可选线偏振角、左手圆偏振和右手圆偏振的组中选择的偏振范围。
77.可选地，在前面段落之一的cmsp传感器100中，控制器还被配置成使cmsp传感器的一个或多个部件的位置被调整以产生场景的特定部分与第二检测器的第二对准。
78.可选地，在前面段落之一的cmsp传感器100中，msp滤波器包括滤波器阵列，其中控制器被配置成通过基于第一带通滤波器的物理尺寸移动滤波器阵列的位置来调整cmsp传感器的一个或多个部件的位置，并且其中第一检测器和第二检测器是同一检测器。
79.可选地，在先前段落之一的cmsp传感器中，进一步地包括与msp滤波器和控制器进行信号通信的望远镜118。
80.可选地，在前面段落之一的cmsp100传感器中，还包括光学视线(los)测量装置120，其被配置为生成光学传感器视线移动数据。
81.可选地，在前面段落之一的cmsp传感器100中，los测量装置包括惯性测量单元(imu)。
82.可选地，在前面段落之一的cmsp传感器100中，cmsp传感器还包括运动装置122，其被配置为物理地移动并且在朝向场景的方向上引导望远镜，以及运动检测器124，其被配置为测量望远镜的运动。
83.可选地，在前面段落之一的cmsp传感器100中，cmsp传感器被配置在移动平台102上，移动平台102从由卫星、航天器、航空器、无人驾驶飞行器和海事船只组成的组中选择。
84.在根据本公开的示例中，提供了捕获图像数据的方法700，该方法700包括：当场景
114、606的特定部分128具有与fpa 106、300的第一检测器306的第一对准800并且第一带通滤波器418处于场景114、606的特定部分128和第一检测器306之间时，利用cmsp传感器100捕获场景114、606的第一图像806；响应于确定706场景114、606的特定部分具有与单个fpa 106、300的第二检测器308的第二对准802且第二带通滤波器420处于场景114、606的特定部分128和第二检测器308之间，发起对场景114、606的第二图像808的存储710，第二对准802基本上匹配第一对准800，当场景114、606的特定部分具有与第二检测器308的第二对准802时捕获第二图像808；响应于确定712场景114、606的特定部分128具有与单个fpa 106、300的第三检测器310的第三对准804并且第一偏振滤波器406处于场景114、606的特定部分128和第三检测器310之间，发起对场景114、606的第三图像810的存储716，第三对准804基本上与第一对准800匹配，在场景114、606的特定部分128具有与第三检测器310的第三对准804时捕获第三图像810；以及至少使用第一图像806、第二图像808和第三图像810生成720多光谱和偏振合成图像116，其中第一图像806、第二图像808和第三图像810被共同相加以构建多光谱和偏振合成图像116作为超立方体图像，其中共同相加第一图像806、第二图像808和第三图像810增加了多光谱和偏振合成图像116的cnr。
85.可选地，在前面段落之一的方法700中，第一频率范围与第一颜色相关联，第二频率范围与不同于第一颜色的第二颜色相关联。
86.可选地，在前面段落之一的方法700中，msp滤波器104、400包括含有光谱滤波器序列的砧板类型的光谱滤波器402和偏振滤波器序列404，其中该光谱滤波器序列的带通滤波器具有从红外(ir)频率到紫外频率变化的频率范围。
87.可选地，在前面段落之一的方法700中，偏振滤波器序列404的偏振滤波器具有从由以下构成的组中选择的偏振范围：垂直偏振、水平偏振、正45度偏振和负45度偏振。
88.可选地，在前面段落之一的方法700中，还包括调整cmsp传感器100的一个或多个部件以产生场景114、606的特定部分与第二检测器308的第二对准。
89.可选地，在前面段落之一的方法700中，第二检测器是第一检测器306，并且第二对准对应于第一对准800，其中第二带通滤波器420处于场景114、606的特定部分128和第一检测器306之间，其中第一带通滤波器418已偏移离开第一检测器306，第二带通滤波器420已偏移到第一检测器306。
90.可选地，在前面段落之一的方法700中，第一图像806、第二图像808和第三图像810被配准以产生第一对准800、第二对准802和第三对准804。
91.将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以改变本公开的各个方面或细节。它不是详尽无遗的，也不将所要求的公开限制在所公开的精确形式。此外，上述描述仅用于说明目的，而不是用于限制目的。根据上述描述清楚可知修改和变化是可行的，或者可以通过实践本公开获得。权利要求及其等同物定义了本公开的范围。此外，尽管已经用特定于结构特征和/或方法行为的语言描述了这些技术，但应当理解，所附权利要求书并不限于所描述的特征或行为。相反，特征和行为被描述为这些技术的实施例实现。
92.在这里使用术语“包括”、“含有”、“具有”、“包含”及其变体的范围内，这些术语旨在以类似于术语“包括”作为开放过渡词的方式包含，而不排除任何附加或其他元素。此外，除其他外，诸如“能够”、“可以”、“可能”或“能”的条件语言在上下文中被理解为表示某些示例包括某些特征、元素和/或步骤，而其他示例不包括这些特征、元素和/或步骤，除非另有
具体说明。因此，这样的条件语言通常并不旨在意为某些特征、元素和/或步骤以任何方式对于一个或多个示例是必需的，或者一个或多个示例必须包括用于在有或没有用户输入或提示的情况下决定某些特征、元素和/或步骤是否包括或将在任何特定示例中执行的逻辑。如短语“x、y或z中的至少一个”，除非另有特别说明，否则应理解为表示一个项目、术语等可以是x、y或z，或它们的组合。
93.在一些替代实施例中，在块中标注的一个或多个功能可以不按图中所述的顺序出现。例如，在一些情况下，根据所涉及的功能，可以基本上同时执行连续示出的两个块，或者有时可以以相反的顺序执行这些块。此外，除了流程图或框图中所示的块之外，还可以添加其他块。此外，示例过程的操作在单个块中被说明，并参考那些块进行总结。所述过程被示为块的逻辑流，其每个块可以表示可以由硬件、软件或其组合实现的一个或多个操作。在软件的上下文中，该操作表示存储在一个或多个计算机可读介质上的计算机可执行指令，当由一个或多个处理单元执行时，所述指令使一个或多个处理单元能够执行该操作。通常，计算机可执行指令包括执行特定功能或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、模块、部件、数据结构等。描述操作的顺序并不旨在被解释为限制性的，而是任何数量的所描述的操作可以以任何顺序执行，细分为多个子操作，和/或并行执行以实现所描述的过程。所描述的过程可以由与诸如一个或多个内部或外部cpu或gpu的一个或多个装置和/或诸如fpga、dsp、或其他类型的加速器的一个或多个硬件逻辑相关联的资源来执行。
94.上面描述的所有方法和过程可以体现在由一个或多个通用计算机或处理器执行的软件代码模块中，并通过该软件代码模块完全自动化。代码模块可以存储在任何类型的计算机可读存储介质或其他计算机存储装置中。可选地，方法中的一些或全部可以实现在专门的计算机硬件中。