Pré-Publication, Document De Travail Année : 2025

The Marginal Importance of Distortions and Alignment in CASSI systems

L'Importance Marginale des Distorsions et de l'Alignement dans les Systèmes CASSI

Résumé

This paper introduces a differentiable ray-tracing based model that incorporates aberrations and distortions to render realistic coded hyperspectral acquisitions using Coded-Aperture Spectral Snapshot Imagers (CASSI). CASSI systems can now be optimized in order to fulfill simultaneously several optical design constraints as well as processing constraints. Four comparable CASSI systems with varying degree of optical aberrations have been designed and modeled. The resulting rendered hyperspectral acquisitions from each of these systems are combined with five state-of-the-art hyperspectral cube reconstruction processes. These reconstruction processes encompass a mapping function created from each system's propagation model to account for distortions and aberrations during the reconstruction process. Our analyses show that if properly modeled, the effects of geometric distortions of the system and misalignments of the dispersive elements have a marginal impact on the overall quality of the reconstructed hyperspectral data cubes. Therefore, relaxing traditional constraints on measurement conformity and fidelity to the scene enables the development of novel imaging instruments, guided by performance metrics applied to the design or the processing of acquisitions. By providing a complete framework for design, simulation and evaluation, this work contributes to the optimization and exploration of new CASSI systems, and more generally to the computational imaging community.
Cet article présente un modèle différentiable basé sur le traçage de rayons qui incorpore les aberrations et les distorsions pour rendre réalistes les acquisitions hyperspectrales codées à l'aide d'imageurs de type Coded-Aperture Spectral Snapshot Imager (CASSI). Les systèmes CASSI peuvent désormais être optimisés afin de répondre simultanément à plusieurs contraintes de conception optique ainsi qu'à des contraintes de traitement. Quatre systèmes CASSI comparables avec différents degrés d'aberrations optiques ont été conçus et modélisés. Les acquisitions hyperspectrales rendues de chacun de ces systèmes sont combinées avec cinq algorithmes de reconstruction de cubes hyperspectraux à l'état de l'art. Ces algorithmes de reconstruction comprennent une fonction de mapping créée à partir du modèle de propagation de chaque système pour tenir compte des distorsions et des aberrations au cours du processus de reconstruction. Nos analyses montrent que, si elles sont correctement modélisées, les effets des distorsions géométriques du système et des mauvais alignements des éléments dispersifs ont un impact marginal sur la qualité globale des cubes hyperspectraux reconstruits. Par conséquent, l'assouplissement des contraintes traditionnelles en matière de conformité des mesures et de fidélité à la scène permet de développer de nouveaux instruments d'imagerie, guidés par des métriques appliquées à la conception ou au traitement des acquisitions. En fournissant un cadre complet pour la conception, la simulation et l'évaluation, ce travail contribue à l'optimisation et à l'exploration de nouveaux systèmes CASSI, et plus généralement à la communauté de l'imagerie computationnelle
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Dates et versions

hal-04903751 , version 1 (21-01-2025)

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Identifiants

  • HAL Id : hal-04903751 , version 1

Citer

Léo Paillet, Antoine Rouxel, Hervé Carfantan, Simon Lacroix, Antoine Monmayrant. The Marginal Importance of Distortions and Alignment in CASSI systems. 2025. ⟨hal-04903751⟩
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