經常被問到的一個問題是，為什么我們為高光譜相機選擇推掃式架構，而不是快照式架構？這自然是一個經過深思熟慮的決定。在深入探討之前，讓我們先了解高光譜成像，或更精確地說，成像光譜學的實際意義。

在所有高光譜成像系統中，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百個光譜通道。高光譜系統相較于RGB相機的優勢在于每個像素中的光譜內容；因此，對于任何高光譜系統而言，每個像素的光譜保真度都是最關鍵的性能參數。

高光譜系統中存在多種不同的電光架構：推掃式、拂掃式、快照式等。通常，在快照系統中，您可以在一個時間點捕獲某個特定波段的整個2D空間場景，然后使用可調諧濾波器等掃描波長。還有快照多光譜系統，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存在時間間隔。如果場景發生變化或相機移動，您將無法正確重建數據，光譜內容也將受到影響，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。

許多人將價格作為選擇快照系統的原因，對于機載和無人機應用也是如此。但如果您想要與推掃式系統相同的光譜保真度，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（例如SINESPEC的高光譜系統）的空間和光譜畸變小于±0.1pixel。空間和光譜畸變是導致數據質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稱為真正的“快照”高光譜相機，因為它可以拍攝狹窄空間場景的所有光譜內容的快照。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。

推掃式架構的優勢

我們來比較一下；假設您要使用飛機上的快照系統，飛行速度為120km/h（33m/s）。快照相機使用掃描法布里-珀羅原理，可以以5Hz的最大速度掃描400-800nm。我們為系統指定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行采樣，每個光譜通道需要4毫秒。該相機的瞬時視場（iFOV）為0.34x0.34mrad，即在1000m的高度具有34cm的空間分辨率。在4ms內，飛機移動了13.3cm，相當于38%的像素。在200ms內（從掃描開始到結束），飛機移動了6.7m，即20個像素。這意味著當您到達最后一個波段時，第一個波段上成像的任何物體都移動了20個像素。除了沿航跡運動外，飛機還會經歷俯仰、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，我們通過設計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于±0.1pixel。要達到與推掃系統中相同的畸變水平，快照式系統需要以比單像素±0.1pixel更高的精度了解每個波段中每個像素的位置。這意味著您需要準確地了解x、y、z、橫滾、俯仰和航向，這需要非常昂貴的導航系統。

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的高光譜相機飛過一輛汽車，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——像素大小是飛機的對地速度和汽車的組合。但對于快照相機來說，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。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，它永遠不會有正確的光譜。

那么，您應該在什么情況下選擇快照高光譜系統呢？一個完全靜止的應用場景同時高光譜相機也完全靜止？但有人可能會說事實并非如此。舉個例子：有一款快照相機在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，但不太關心光譜內容，那么快照可能是正確的選擇。但對于這種情況，您實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的光譜特征，那么推掃式是您的首選架構。通過導航系統，您可以重建機載圖像，但您只需要重建空間信息。這意味著您不需要像快照系統那樣昂貴且高精度的機載導航系統。

使用SINESPEC的推掃式高光譜相機，您可以獲得充分的靈活性，并且光譜保真度始終是最高優先級。靈活性是指平臺：飛機、無人機、衛星、現場、實驗室、工業應用等。

當然，快照系統也有一些優點，通常是系統的大小和重量較小，對于某些情況來說價格也可能更低。但并不是說永遠不會有出色的快照高光譜系統。技術會不斷發展，也許在未來會有更好的解決方案出現。但據我所知，在當前階段，推掃式架構仍然是高光譜成像的首選方案。

SINESPEC提供推掃式高光譜相機，因為我們關心您的光譜數據質量！