如果你關(guān)注過(guò)遙感、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)影像或工業(yè)檢測(cè)，大概率聽(tīng)說(shuō)過(guò)高光譜成像。這項(xiàng)技術(shù)能同時(shí)拍下目標(biāo)的“照片”和“指紋”——既有清晰的空間圖像，又有精細(xì)到納米級(jí)的光譜曲線。正因如此，它被譽(yù)為“圖譜合一”的超級(jí)感官。

然而，高光譜相機(jī)的研發(fā)者和使用者，始終面臨一個(gè)靈魂拷問(wèn)： 空間分辨率（看得清不清）和光譜分辨率（分得細(xì)不細(xì)），就像魚(yú)和熊掌，常常不可兼得。今天，我們就來(lái)聊聊這個(gè)高光譜領(lǐng)域的核心難題，以及那些正在打破魔咒的黑科技。

兩個(gè)“分辨率”，到底在爭(zhēng)什么？

空間分辨率：指圖像中能分辨的最小細(xì)節(jié)。分辨率越高，畫面越清晰，你能看清葉片的脈絡(luò)、礦物的紋理。 光譜分辨率：指能分辨的最小波長(zhǎng)間隔。分辨率越高，光譜曲線越“細(xì)膩”，越能區(qū)分化學(xué)成分相近的物質(zhì)。

理想很豐滿：既要高空間分辨率（看得真），又要高光譜分辨率（辨得準(zhǔn)）。 現(xiàn)實(shí)很骨感：二者存在深刻的物理矛盾。

為什么會(huì)互相制約？

探測(cè)器像素有限：總像素就那么多，分給光譜維度的多了，留給空間維度的就少了。

光能量不足：光譜分得越細(xì)，每個(gè)波段的入射光越弱，信噪比下降，空間分辨率自然提不上去。

光學(xué)系統(tǒng)限制：高光譜分辨率需要復(fù)雜的色散或干涉結(jié)構(gòu)，往往要犧牲光通量和成像清晰度。

數(shù)據(jù)量爆炸：空譜雙高意味著海量數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)、傳輸、處理都吃不消。

簡(jiǎn)單說(shuō)：能量守恒和信息論決定了這是一場(chǎng)“零和博弈”。

從硬件選型入手

既然沒(méi)法一步登天，那就根據(jù)場(chǎng)景“有所取舍”。

高光譜成像儀根據(jù)工作模式的不同，主要可分為推掃型、凝視型和快照型三類，每類在空間分辨率、光譜分辨率和時(shí)間分辨率方面各有側(cè)重。

推掃式：高信噪比，空譜兼顧的代表

推掃式高光譜相機(jī)是目前工業(yè)機(jī)載和星載應(yīng)用的主流方案。它以線性掃描的方式，每次采集一條線的高光譜數(shù)據(jù)，通過(guò)平臺(tái)或目標(biāo)的移動(dòng)完成二維空間的拼接成像。這種方式讓每個(gè)波段都有相對(duì)較長(zhǎng)的積分時(shí)間，因此在信噪比方面表現(xiàn)優(yōu)異，能夠在保持較高光譜分辨率的同時(shí)獲得不錯(cuò)的空間分辨率。

中達(dá)瑞和 VIX 系列推掃式高光譜相機(jī)就是這一領(lǐng)域的代表產(chǎn)品。VIX系列由中達(dá)瑞和自主研發(fā)和生產(chǎn)制造，覆蓋 400–1700nm 全波段光譜范圍，可快速、精準(zhǔn)獲取觀測(cè)目標(biāo)的高光譜信息，廣泛應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、工業(yè)檢測(cè)等領(lǐng)域。

凝視式：極致光譜分辨率的代表

凝視式高光譜成像儀通常采用液晶可調(diào)諧濾波器（LCTF）作為分光元件，對(duì)固定視場(chǎng)逐波段切換成像。這種方式能夠獲得極高的光譜分辨率和面陣成像質(zhì)量，但成像速度受濾波器切換時(shí)間的限制，適合實(shí)驗(yàn)室或地面三腳架場(chǎng)景。

中達(dá)瑞和 SHIS 系列凝采式高光譜相機(jī)正是這一路線的典型代表。SHIS系列基于液晶可調(diào)諧濾波器（LCTF），應(yīng)用凝視型高光譜成像技術(shù)，在覆蓋可見(jiàn)光到近紅外（400–1000nm）和短波紅外（920–1700nm）的光譜范圍內(nèi)，通過(guò)電控LCTF進(jìn)行連續(xù)細(xì)分窄波段分光，對(duì)每個(gè)波段進(jìn)行高分辨率的二維面陣成像。

快照式：實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的利器

快照式高光譜成像技術(shù)能夠在單次曝光中同時(shí)獲取目標(biāo)場(chǎng)景的空間信息和光譜信息，成像速度快，能夠捕捉快速變化的目標(biāo)信息，適用于需要實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的場(chǎng)合。不過(guò)，由于需要在單次曝光中同時(shí)獲取全部空譜信息，快照式在空間分辨率和光譜分辨率之間面臨著更為嚴(yán)峻的權(quán)衡。

中達(dá)瑞和MAX-S810是一款專為大疆經(jīng)緯系列無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)的快照式多光譜相機(jī)，并行采集7個(gè)光譜通道+1個(gè)RGB通道，無(wú)需懸停掃描，即掛即飛。

空間分辨率與光譜分辨率的“博弈”，是高光譜成像領(lǐng)域最經(jīng)典、也最現(xiàn)實(shí)的難題。過(guò)去，我們只能被動(dòng)接受“二選一”的無(wú)奈——要看清，就辨不準(zhǔn)；要辨得準(zhǔn)，就看不真。

但今天，局面正在改變。硬件的持續(xù)創(chuàng)新，讓推掃式、凝視式、快照式三條技術(shù)路線各顯神通，覆蓋了從大范圍遙感到精細(xì)實(shí)驗(yàn)室、從靜態(tài)分析到動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的幾乎所有場(chǎng)景。算法的深度賦能，讓數(shù)據(jù)融合、計(jì)算成像、深度學(xué)習(xí)成為彌補(bǔ)硬件短板的“軟武器”。而國(guó)產(chǎn)廠商的崛起，則以中達(dá)瑞和為代表——作為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的集光譜芯片研制、光譜成像產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、光譜智能解決方案為一體的國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)、專精特新企業(yè)，中達(dá)瑞和的產(chǎn)品與技術(shù)達(dá)國(guó)際領(lǐng)先水平，是國(guó)內(nèi)唯一一家同時(shí)掌握凝采式、推掃式、光計(jì)算重構(gòu)三種高光譜成像技術(shù)和端到端解決方案的產(chǎn)品公司。從光譜芯片到整機(jī)系統(tǒng)，從數(shù)據(jù)采集到云端智能分析，中達(dá)瑞和構(gòu)建起完整的國(guó)產(chǎn)化高光譜生態(tài)鏈，真正實(shí)現(xiàn)了“國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際一流”的技術(shù)突破。

審核編輯 黃宇