經(jīng)常被問到的一個(gè)問題是，為什么我們?yōu)楦吖庾V相機(jī)選擇推掃式架構(gòu)，而不是快照式架構(gòu)？這自然是一個(gè)經(jīng)過深思熟慮的決定。在深入探討之前，讓我們先了解高光譜成像，或更精確地說，成像光譜學(xué)的實(shí)際意義。

在所有高光譜成像系統(tǒng)中，您都會(huì)捕獲一個(gè)二維空間場(chǎng)景以及該2D場(chǎng)景中每個(gè)空間像素的數(shù)百個(gè)光譜通道。高光譜系統(tǒng)相較于RGB相機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于每個(gè)像素中的光譜內(nèi)容；因此，對(duì)于任何高光譜系統(tǒng)而言，每個(gè)像素的光譜保真度都是最關(guān)鍵的性能參數(shù)。

高光譜系統(tǒng)中存在多種不同的電光架構(gòu)：推掃式、拂掃式、快照式等。通常，在快照系統(tǒng)中，您可以在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)捕獲某個(gè)特定波段的整個(gè)2D空間場(chǎng)景，然后使用可調(diào)諧濾波器等掃描波長(zhǎng)。還有快照多光譜系統(tǒng)，在特定位置的單像素元素上安裝有多個(gè)濾光片。

所有快照系統(tǒng)都面臨一個(gè)主要問題：在捕獲特定空間像素的不同光譜信息的時(shí)間點(diǎn)存在時(shí)間間隔。如果場(chǎng)景發(fā)生變化或相機(jī)移動(dòng)，您將無(wú)法正確重建數(shù)據(jù)，光譜內(nèi)容也將受到影響，保真度會(huì)受損。此外，正常光譜范圍（例如400-1000nm）的掃描時(shí)間通常較長(zhǎng)。

許多人將價(jià)格作為選擇快照系統(tǒng)的原因，對(duì)于機(jī)載和無(wú)人機(jī)應(yīng)用也是如此。但如果您想要與推掃式系統(tǒng)相同的光譜保真度，那么您的快照解決方案可能會(huì)更加昂貴。

相比之下，推掃式系統(tǒng)（例如SINESPEC的高光譜系統(tǒng)）的空間和光譜畸變小于±0.1pixel?？臻g和光譜畸變是導(dǎo)致數(shù)據(jù)質(zhì)量不良和缺乏光譜保真度的主要因素。我喜歡將推掃式系統(tǒng)稱為真正的“快照”高光譜相機(jī)，因?yàn)樗梢耘臄z狹窄空間場(chǎng)景的所有光譜內(nèi)容的快照。換句話說，它同時(shí)捕獲了成像光譜儀兩個(gè)最重要維度的信息。

推掃式架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

我們來(lái)比較一下；假設(shè)您要使用飛機(jī)上的快照系統(tǒng)，飛行速度為120km/h（33m/s）。快照相機(jī)使用掃描法布里-珀羅原理，可以以5Hz的最大速度掃描400-800nm。我們?yōu)橄到y(tǒng)指定20x20度的視場(chǎng)和1024x1024像素的分辨率。為了掃描所有波長(zhǎng)，它需要200毫秒，然后使用50個(gè)通道對(duì)光譜范圍進(jìn)行采樣，每個(gè)光譜通道需要4毫秒。該相機(jī)的瞬時(shí)視場(chǎng)（iFOV）為0.34x0.34mrad，即在1000m的高度具有34cm的空間分辨率。在4ms內(nèi)，飛機(jī)移動(dòng)了13.3cm，相當(dāng)于38%的像素。在200ms內(nèi)（從掃描開始到結(jié)束），飛機(jī)移動(dòng)了6.7m，即20個(gè)像素。這意味著當(dāng)您到達(dá)最后一個(gè)波段時(shí)，第一個(gè)波段上成像的任何物體都移動(dòng)了20個(gè)像素。除了沿航跡運(yùn)動(dòng)外，飛機(jī)還會(huì)經(jīng)歷俯仰、滾動(dòng)和航向漂移。在這種情況下，如何獲得良好的光譜保真度？

在SINESPEC的推掃式光譜儀中，我們通過設(shè)計(jì)使一個(gè)像素對(duì)所有波段之間以及一個(gè)波段對(duì)所有像素之間的畸變誤差優(yōu)于±0.1pixel。要達(dá)到與推掃系統(tǒng)中相同的畸變水平，快照式系統(tǒng)需要以比單像素±0.1pixel更高的精度了解每個(gè)波段中每個(gè)像素的位置。這意味著您需要準(zhǔn)確地了解x、y、z、橫滾、俯仰和航向，這需要非常昂貴的導(dǎo)航系統(tǒng)。

此外，讓我們看一下移動(dòng)場(chǎng)景的情況，例如汽車。如果您使用帶有推掃系統(tǒng)的高光譜相機(jī)飛過一輛汽車，汽車的形狀可能會(huì)有形變，但該汽車的光譜將始終是純凈的——像素大小是飛機(jī)的對(duì)地速度和汽車的組合。但對(duì)于快照相機(jī)來(lái)說，您無(wú)法獲得那輛車的正確光譜；這種效果就像局部非常大的重合失調(diào)。汽車在每個(gè)波段的形狀看起來(lái)都接近正確，但在重建圖像中，它永遠(yuǎn)不會(huì)有正確的光譜。

那么，您應(yīng)該在什么情況下選擇快照高光譜系統(tǒng)呢？一個(gè)完全靜止的應(yīng)用場(chǎng)景同時(shí)高光譜相機(jī)也完全靜止？但有人可能會(huì)說事實(shí)并非如此。舉個(gè)例子：有一款快照相機(jī)在1m距離處的±0.1像素為34μm。如果您對(duì)拍攝2D空間圖像感興趣，但不太關(guān)心光譜內(nèi)容，那么快照可能是正確的選擇。但對(duì)于這種情況，您實(shí)際上并不是在尋找成像光譜儀——至少不是在單個(gè)像素中具有良好的光譜保真度。

如果您想要一種架構(gòu)能夠同時(shí)拍攝狹窄一維場(chǎng)景的所有光譜通道快照，然后在二維空間場(chǎng)景中提供高光譜保真度以及可靠且可重復(fù)的光譜特征，那么推掃式是您的首選架構(gòu)。通過導(dǎo)航系統(tǒng)，您可以重建機(jī)載圖像，但您只需要重建空間信息。這意味著您不需要像快照系統(tǒng)那樣昂貴且高精度的機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)。

使用SINESPEC的推掃式高光譜相機(jī)，您可以獲得充分的靈活性，并且光譜保真度始終是最高優(yōu)先級(jí)。靈活性是指平臺(tái)：飛機(jī)、無(wú)人機(jī)、衛(wèi)星、現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)應(yīng)用等。

當(dāng)然，快照系統(tǒng)也有一些優(yōu)點(diǎn)，通常是系統(tǒng)的大小和重量較小，對(duì)于某些情況來(lái)說價(jià)格也可能更低。但并不是說永遠(yuǎn)不會(huì)有出色的快照高光譜系統(tǒng)。技術(shù)會(huì)不斷發(fā)展，也許在未來(lái)會(huì)有更好的解決方案出現(xiàn)。但據(jù)我所知，在當(dāng)前階段，推掃式架構(gòu)仍然是高光譜成像的首選方案。

SINESPEC提供推掃式高光譜相機(jī)，因?yàn)槲覀冴P(guān)心您的光譜數(shù)據(jù)質(zhì)量！