इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर

एक इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर एक उपकरण है जिसका उपयोग हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग और इमेजिंग स्पेक्ट्रोस्कोपी में किसी वस्तु या दृश्य की वर्णक्रमीय रूप से हल की गई छवि प्राप्त करने के लिए किया जाता है। डेटा के त्रि-आयामी प्रतिनिधित्व के कारण अक्सर  datacube  के रूप में संदर्भित किया जाता है। छवि के दो अक्ष ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज दूरी से और तीसरे तरंग दैर्ध्य से मेल खाते हैं। ऑपरेशन का सिद्धांत साधारण स्पेक्ट्रोमीटर के समान है, लेकिन बेहतर छवि गुणवत्ता के लिए ऑप्टिकल विपथन से बचने के लिए विशेष ध्यान रखा जाता है।

उदाहरण इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर प्रकारों में शामिल हैं: फ़िल्टर्ड कैमरा, व्हिस्कब्रूम स्कैनर, पुशब्रूम स्कैनर, अभिन्न क्षेत्र स्पेक्ट्रोग्राफ  (या संबंधित आयामी सुधार तकनीक), वेज इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर, फूरियर ट्रांसफॉर्म इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर, कंप्यूटेड टोमोग्राफी इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर (सीटीआईएस), इमेज रेप्लिकेटिंग इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर (आईआरआईएस), कोडेड अपर्चर स्नैपशॉट स्पेक्ट्रल इमेजर (CASSI), और  छवि मानचित्रण स्पेक्ट्रोमीटर  (IMS)।

सिद्धांत
इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग विशेष रूप से प्रकाश और विद्युत चुम्बकीय प्रकाश की वर्णक्रमीय सामग्री को मापने के उद्देश्य से किया जाता है। एकत्रित वर्णक्रमीय डेटा का उपयोग ऑपरेटर को विकिरण के स्रोतों के बारे में जानकारी देने के लिए किया जाता है। प्रिज्म स्पेक्ट्रोमीटर एक अपवर्तक तत्व के रूप में एक प्रिज्म के माध्यम से विकिरण को फैलाने की शास्त्रीय विधि का उपयोग करते हैं।

इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर एक स्रोत इमेजर के माध्यम से एक विकिरण स्रोत की इमेजिंग करके काम करता है जिसे स्लिट कहा जाता है। एक संधानक बीम को समतल करता है जो एक अपवर्तक प्रिज्म द्वारा फैलाया जाता है और एक पुन: इमेजर द्वारा एक पहचान प्रणाली पर फिर से चित्रित किया जाता है। भट्ठा पर स्रोत की सर्वोत्तम संभव छवि बनाने के लिए विशेष ध्यान रखा जाता है। कोलिमेटर और री-इमेजिंग ऑप्टिक्स का उद्देश्य भट्ठा की सर्वोत्तम संभव छवि लेना है। तत्वों की एक क्षेत्र-सरणी इस स्तर पर पहचान प्रणाली भरती है। स्रोत छवि को प्रत्येक बिंदु पर एक रेखा स्पेक्ट्रम के रूप में फिर से चित्रित किया जाता है जिसे डिटेक्टर-ऐरे कॉलम कहा जाता है। डिटेक्टर ऐरे सिग्नल वर्णक्रमीय सामग्री से संबंधित डेटा की आपूर्ति करते हैं, विशेष रूप से, स्रोत क्षेत्र के अंदर स्थानिक रूप से हल किए गए स्रोत बिंदु। इन स्रोत बिंदुओं को भट्ठा पर अंकित किया जाता है और फिर डिटेक्टर सरणी पर फिर से चित्रित किया जाता है। इसके साथ ही, सिस्टम स्रोत क्षेत्र और इसके स्थानिक रूप से हल किए गए बिंदुओं की रेखा के बारे में वर्णक्रमीय जानकारी प्रदान करता है। स्पेक्ट्रल सामग्री के बारे में जानकारी का डेटाबेस बनाने के लिए लाइन को स्कैन किया जाता है।

ग्रहों का अवलोकन
इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर का व्यावहारिक अनुप्रयोग यह है कि उनका उपयोग उपग्रहों की परिक्रमा से पृथ्वी ग्रह का निरीक्षण करने के लिए किया जाता है। स्पेक्ट्रोमीटर चित्र पर रंग के सभी बिंदुओं को रिकॉर्ड करके कार्य करता है, इस प्रकार, स्पेक्ट्रोमीटर डेटा रिकॉर्ड करने के लिए पृथ्वी की सतह के विशिष्ट भागों पर केंद्रित होता है। स्पेक्ट्रल सामग्री डेटा के फायदों में वनस्पति पहचान, भौतिक स्थिति विश्लेषण, संभावित खनन के उद्देश्य से खनिज पहचान, और महासागरों, तटीय क्षेत्रों और अंतर्देशीय जलमार्गों में प्रदूषित जल का आकलन शामिल है।

प्रिज्म स्पेक्ट्रोमीटर पृथ्वी के अवलोकन के लिए आदर्श हैं क्योंकि वे व्यापक वर्णक्रमीय श्रेणियों को सक्षम रूप से मापते हैं। स्पेक्ट्रोमीटर को 400 एनएम से 2,500 एनएम तक की सीमा को कवर करने के लिए सेट किया जा सकता है, जो उन वैज्ञानिकों को रूचि देता है जो विमान और उपग्रह के माध्यम से पृथ्वी का निरीक्षण करने में सक्षम हैं। अधिकांश वैज्ञानिक अनुप्रयोगों के लिए प्रिज्म स्पेक्ट्रोमीटर का वर्णक्रमीय विभेदन वांछनीय नहीं है; इस प्रकार, इसका उद्देश्य अधिक स्थानिक भिन्नता वाले क्षेत्रों की वर्णक्रमीय सामग्री को रिकॉर्ड करने के लिए विशिष्ट है।

वीनस एक्सप्रेस, शुक्र की परिक्रमा करते हुए, एनआईआर-विज़-यूवी को कवर करने वाले कई इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर थे।

नुकसान
प्रिज्म स्पेक्ट्रोमीटर के लेंसों का उपयोग समतलीकरण और पुनः इमेजिंग दोनों के लिए किया जाता है; हालाँकि, इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर अपने प्रदर्शन में कोलिमेटर और री-इमेजर्स द्वारा प्रदान की गई छवि गुणवत्ता द्वारा सीमित है। प्रत्येक तरंग दैर्ध्य पर भट्ठा छवि का संकल्प स्थानिक संकल्प को सीमित करता है; इसी तरह, प्रत्येक तरंग दैर्ध्य पर भट्ठा छवि में प्रकाशिकी का संकल्प वर्णक्रमीय संकल्प को सीमित करता है। इसके अलावा, प्रत्येक तरंग दैर्ध्य पर भट्ठा छवि का विरूपण वर्णक्रमीय डेटा की व्याख्या को जटिल बना सकता है।

इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर में उपयोग किए जाने वाले अपवर्तक लेंस लेंस के अक्षीय रंगीन विपथन द्वारा प्रदर्शन को सीमित करते हैं। ये रंगीन विपथन खराब हैं क्योंकि वे फोकस में अंतर पैदा करते हैं, जो अच्छे संकल्प को रोकते हैं; हालाँकि, यदि सीमा प्रतिबंधित है तो अच्छा रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करना संभव है। इसके अलावा, पूर्ण दृश्यमान सीमा पर दो या दो से अधिक अपवर्तक सामग्रियों का उपयोग करके रंगीन विपथन को ठीक किया जा सकता है। आगे की ऑप्टिकल जटिलता के बिना व्यापक वर्णक्रमीय श्रेणियों पर रंगीन विपथन को ठीक करना कठिन है।

सिस्टम
बहुत व्यापक वर्णक्रमीय श्रेणियों के लिए लक्षित स्पेक्ट्रोमीटर सबसे अच्छे होते हैं यदि सभी दर्पण प्रणालियों के साथ बनाए जाते हैं। इन विशेष प्रणालियों में कोई रंगीन विपथन नहीं है, और यही कारण है कि वे बेहतर हैं। दूसरी ओर, सिंगल पॉइंट या लीनियर एरे डिटेक्शन सिस्टम वाले स्पेक्ट्रोमीटर को सरल मिरर सिस्टम की आवश्यकता होती है। क्षेत्र-सरणी संसूचकों का उपयोग करने वाले स्पेक्ट्रोमीटरों को अच्छा विभेदन प्रदान करने के लिए अधिक जटिल दर्पण प्रणालियों की आवश्यकता होती है। यह कल्पनीय है कि एक समापक बनाया जा सकता है जो सभी विपथनों को रोकेगा; हालाँकि, यह डिज़ाइन महंगा है क्योंकि इसमें गोलाकार दर्पणों के उपयोग की आवश्यकता होती है।

छोटे दो-मिरर सिस्टम विपथन को ठीक कर सकते हैं, लेकिन वे इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर के लिए अनुकूल नहीं हैं। तीन दर्पण प्रणालियाँ कॉम्पैक्ट और सही विपथन भी हैं, लेकिन उन्हें कम से कम दो एस्पेरिकल घटकों की आवश्यकता होती है। चार से अधिक दर्पण वाले सिस्टम बड़े और बहुत अधिक जटिल होते हैं। Catadioptric सिस्टम इमेजिन स्पेक्ट्रोमीटर में उपयोग किए जाते हैं और कॉम्पैक्ट भी होते हैं; हालाँकि, समांतरित्र या इमेजर दो घुमावदार दर्पणों और तीन अपवर्तक तत्वों से बना होगा, और इस प्रकार, प्रणाली बहुत जटिल है।

हालाँकि, ऑप्टिकल जटिलता प्रतिकूल है, क्योंकि प्रभाव सभी ऑप्टिकल सतहों और आवारा प्रतिबिंबों को बिखेरते हैं। बिखरा हुआ विकिरण डिटेक्टर में प्रवेश करके हस्तक्षेप कर सकता है और रिकॉर्ड किए गए स्पेक्ट्रा में त्रुटियां पैदा कर सकता है। आवारा विकिरण को आवारा प्रकाश कहा जाता है। बिखराव में योगदान देने वाली सतहों की कुल संख्या को सीमित करके, यह समीकरण में भटके हुए प्रकाश की शुरूआत को सीमित करता है।

इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर अच्छी तरह से हल की गई छवियों का उत्पादन करने के लिए हैं। ऐसा होने के लिए, इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर को कुछ ऑप्टिकल सतहों के साथ बनाने की आवश्यकता होती है और इसमें कोई गोलाकार ऑप्टिकल सतह नहीं होती है।

उदाहरण

 * राल्फ (नए क्षितिज), न्यू होराइजंस पर दृश्यमान और पराबैंगनी इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर
 * जोवियन इन्फ्रारेड ऑरोरल मैपर, जूनो (अंतरिक्ष यान) पर इन्फ्रारेड इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर
 * यूरोपा के लिए मैपिंग इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर (विकासात्मक यूरोपा क्लिपर अंतरिक्ष यान के लिए योजना बनाई गई
 * मंगल ग्रह के लिए कॉम्पैक्ट टोही इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर (CRISM), मंगल टोही ऑर्बिटर पर मंगल की कक्षा में इमेजिंग स्पेक्ट्रोमीटर
 * पृथ्वी के आयनमंडल और थर्मोस्फीयर का निरीक्षण करने के लिए विशेष सेंसर पराबैंगनी अंग इमेजर

यह भी देखें

 * लैंडसैट

बाहरी संबंध

 * List of imaging spectrometer instruments