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高光譜相機(jī)的主要類型與特點(diǎn)
更新時(shí)間:2025-11-12瀏覽:29次
高光譜相機(jī)的類型主要按分光成像方式劃分,核心有推掃式、面陣式(快照式)、濾光片式三類,還有光柵分光、棱鏡分光等細(xì)分類型,不同類型在結(jié)構(gòu)、性能和適用場景上差異顯著,具體特點(diǎn)如下:

一、推掃式高光譜相機(jī)(線陣型)

這是目前主流且應(yīng)用廣的類型,核心是 “逐線掃描 + 分光成像”。
  • 工作方式:相機(jī)內(nèi)置線陣探測器,搭配光柵 / 棱鏡分光模塊。工作時(shí)需相機(jī)與目標(biāo)相對運(yùn)動(如無人機(jī)飛行、傳送帶移動),逐行捕捉目標(biāo)線陣信息,同時(shí)分光模塊將每一行光分成連續(xù)光譜,最終拼接成 “空間 + 光譜” 的數(shù)據(jù)立方體。
  • 核心特點(diǎn):
    1. 光譜分辨率高(通常 2-10nm),波段數(shù)多(幾十到幾百個(gè)),光譜曲線細(xì)膩,物質(zhì)識別精度高;
    2. 空間分辨率優(yōu),線陣探測器像素高,成像細(xì)節(jié)清晰;
    3. 數(shù)據(jù)量大、信息完整,適合精準(zhǔn)分析,但對運(yùn)動穩(wěn)定性要求高(需同步控制運(yùn)動速度與掃描頻率);
  • 典型應(yīng)用:無人機(jī)遙感(作物長勢、土壤污染監(jiān)測)、衛(wèi)星測繪(植被類型、礦產(chǎn)勘探)、工業(yè)生產(chǎn)線在線檢測(布匹染色均勻度、金屬表面缺陷)。

二、面陣式高光譜相機(jī)(快照式)

主打 “單次曝光獲取全場景光譜”,無需相對運(yùn)動,適合動態(tài)目標(biāo)檢測。
  • 工作方式:采用面陣探測器,通過微納結(jié)構(gòu)分光元件(如微透鏡陣列、集成濾光片陣列),讓單次曝光的每一個(gè)像素都對應(yīng)一條光譜信息,直接輸出全場景的高光譜數(shù)據(jù)立方體。
  • 核心特點(diǎn):
    1. 無需運(yùn)動,可拍攝動態(tài)目標(biāo)(如流動液體、運(yùn)動工件),成像速度快(幀率可達(dá)每秒數(shù)幀到數(shù)十幀);
    2. 操作簡單,無需復(fù)雜的運(yùn)動同步控制;
    3. 光譜分辨率略低于推掃式(通常 5-20nm),像素規(guī)模受探測器限制(全光譜像素下畫面尺寸較小);
  • 典型應(yīng)用:醫(yī)療成像(皮膚病變檢測、組織光譜分析)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(火焰成分、煙氣污染物)、實(shí)驗(yàn)室微觀樣品分析(細(xì)胞光譜識別)。

三、濾光片式高光譜相機(jī)

結(jié)構(gòu)簡單的入門級類型,通過濾光片實(shí)現(xiàn)分光。
  • 工作方式:內(nèi)置濾光片輪(或陣列),每個(gè)濾光片對應(yīng)一個(gè)固定波段(非連續(xù)),通過切換濾光片,多次拍攝獲取不同波段的圖像,組合成多波段光譜數(shù)據(jù)(嚴(yán)格來說屬于 “偽高光譜”,波段數(shù)少且不連續(xù))。
  • 核心特點(diǎn):
    1. 結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低,維護(hù)方便,適合便攜式檢測;
    2. 波段數(shù)有限(通常幾個(gè)到十幾個(gè)),非連續(xù)光譜,無法獲取精細(xì)光譜曲線,物質(zhì)識別能力弱;
    3. 切換濾光片耗時(shí),成像速度慢,不適合動態(tài)目標(biāo);
  • 典型應(yīng)用:入門級科研教學(xué)、現(xiàn)場快速篩查(如食品水分粗測、植被健康度簡單評估)、低成本環(huán)境監(jiān)測。

四、其他細(xì)分類型(按分光元件)

類型 分光方式 核心特點(diǎn) 適用場景
光柵分光型 光柵色散分光 光譜分辨率高、波段連續(xù),成本適中 推掃式相機(jī)主流配置,適合精準(zhǔn)分析
棱鏡分光型 棱鏡色散分光 光能量利用率高、雜散光少,體積小 便攜式推掃 / 面陣相機(jī)
集成光學(xué)生成型 微納集成光學(xué)元件 體積超小、重量輕,適合小型化設(shè)備 手持終端、無人機(jī)微型載荷
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