經(jīng)常被問到的一個問題是，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，您都會捕獲一個二維空間場景以及該2D場景中每個空間像素的數(shù)百個光譜通道。高光譜系統(tǒng)相較于RGB相機(jī)的優(yōu)勢在于每個像素中的光譜內(nèi)容；因此，對于任何高光譜系統(tǒng)而言，每個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，您可以在一個時間點(diǎn)捕獲某個特定波段的整個2D空間場景，然后使用可調(diào)諧濾波器等掃描波長。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濾光片。

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

許多人將價(jià)格作為選擇快照系統(tǒng)的原因，對于機(jī)載和無人機(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狹窄空間場景的所有光譜內(nèi)容的快照。換句話說，它同時捕獲了成像光譜儀兩個最重要維度的信息。

推掃式架構(gòu)的優(yōu)勢

我們來比較一下；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）?？煺障鄼C(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度的視場和1024x1024像素的分辨率。為了掃描所有波長，它需要200毫秒，然后使用50個通道對光譜范圍進(jìn)行采樣，每個光譜通道需要4毫秒。該相機(jī)的瞬時視場（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)移動了6.7m，即20個像素。這意味著當(dāng)您到達(dá)最后一個波段時，第一個波段上成像的任何物體都移動了20個像素。除了沿航跡運(yùn)動外，飛機(jī)還會經(jīng)歷俯仰、滾動和航向漂移。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)使一個像素對所有波段之間以及一個波段對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波段中每個像素的位置。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，讓我們看一下移動場景的情況，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)的對地速度和汽車的組合。但對于快照相機(jī)來說，您無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)。汽車在每個波段的形狀看起來都接近正確，但在重建圖像中，它永遠(yuǎn)不會有正確的光譜。

那么，您應(yīng)該在什么情況下選擇快照高光譜系統(tǒng)呢？一個完全靜止的應(yīng)用場景同時高光譜相機(jī)也完全靜止？但有人可能會說事實(shí)并非如此。舉個例子：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)能夠同時拍攝狹窄一維場景的所有光譜通道快照，然后在二維空間場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。靈活性是指平臺：飛機(jī)、無人機(jī)、衛(wèi)星、現(xiàn)場、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，對于某些情況來說價(jià)格也可能更低。但并不是說永遠(yuǎn)不會有出色的快照高光譜系統(tǒng)。技術(shù)會不斷發(fā)展，也許在未來會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！