近年來，隨著光學(xué)設(shè)計、成像技術(shù)、計算技術(shù)、新型壓縮方法以及行業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的日趨成熟，高光譜工業(yè)相機的適用領(lǐng)域及應(yīng)用場景也越來越多。高光譜工業(yè)相機主要影響因素如下：

1. 光譜分辨率
   定義：光譜分辨率指的是區(qū)分相鄰光譜波長的能力，通常以納米（nm）作為度量單位。
   影響：較高的光譜分辨率能夠檢測到細(xì)微的光譜差異，然而，這會使數(shù)據(jù)量顯著增加，同時降低信噪比。若分辨率過低，則可能造成特征光譜相互混合，進(jìn)而影響物質(zhì)識別的精度。
   權(quán)衡：在實際應(yīng)用中，需要依據(jù)檢測目標(biāo)的光譜特性，例如化學(xué)鍵吸收峰的寬度等，來選擇適宜的分辨率。
2. 空間分辨率
   定義：空間分辨率體現(xiàn)的是相機對物體細(xì)節(jié)的捕捉能力，具體表現(xiàn)為像素大小或像元尺寸。
   影響：高空間分辨率有助于識別微小缺陷，但這需要更高的光照強度或者更長的曝光時間。由于受到衍射極限的限制，高光譜相機的空間分辨率通常低于普通的RGB相機。
   優(yōu)化：可通過結(jié)合光學(xué)鏡頭，如高倍率鏡頭，或者采用后期超分辨率算法來實現(xiàn)優(yōu)化。
3. 光譜范圍
   定義：光譜范圍是指相機所覆蓋的波長范圍，例如可見光的400 - 700nm、近紅外的900 - 1700nm等。
   影響：不同物質(zhì)在不同波段會呈現(xiàn)出特征反射或吸收峰，例如有機物在近紅外區(qū)的響應(yīng)較為明顯。光譜范圍越寬，硬件成本就越高，因為需要匹配相應(yīng)的探測器、濾光片等。
   選擇：應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用需求進(jìn)行選擇，如農(nóng)產(chǎn)品檢測通常采用近紅外波段，而塑料分選則需要短波紅外波段。
4. 信噪比（SNR）
   定義：信噪比是指有效信號與噪聲的比值。
   影響因素：探測器靈敏度方面，制冷型探測器能夠降低暗電流噪聲；積分時間上，延長曝光時間雖可提升信號強度，但可能會引入熱噪聲；光源穩(wěn)定性也很關(guān)鍵，不均勻照明會引入噪聲。
   改進(jìn)措施：可采取使用高量子效率傳感器、主動制冷以及多幀平均降噪等改進(jìn)措施。
5. 采集速度（幀率）
   定義：采集速度即單位時間內(nèi)獲取高光譜數(shù)據(jù)立方體的能力。
   限制因素：由于數(shù)據(jù)量較大，光譜通道眾多，其受限于傳感器讀出速度以及接口帶寬，例如USB3.0與Camera Link的差異。高速度采集可能會犧牲分辨率或動態(tài)范圍。
   工業(yè)應(yīng)用：在工業(yè)應(yīng)用中，需要在速度與精度之間進(jìn)行平衡，例如在線檢測要求具備實時性，而實驗室場景則可以采用低速高精度的采集方式。
6. 光學(xué)系統(tǒng)
   鏡頭像差：鏡頭的色差、畸變等會對光譜和空間信息的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。
   狹縫設(shè)計：推掃式（Push - broom）相機的狹縫寬度會影響光通量和雜散光。
   濾光片/光柵：分光元件的效率與穩(wěn)定性十分重要，例如液晶可調(diào)濾光片（LCTF）的切換速度。
7. 校準(zhǔn)與標(biāo)定
   光譜校準(zhǔn)：光譜校準(zhǔn)的目的是確保波長定位準(zhǔn)確，需要定期使用標(biāo)準(zhǔn)光源，如汞燈進(jìn)行校驗。
   輻射校準(zhǔn)：輻射校準(zhǔn)旨在消除傳感器響應(yīng)的非均勻性，例如采用白板校正的方法。
   幾何校準(zhǔn)：幾何校準(zhǔn)用于校正像素偏移，特別是推掃式相機需要嚴(yán)格同步運動平臺。
8. 環(huán)境因素
   溫度：高溫會導(dǎo)致傳感器噪聲增加，可能需要采用主動制冷措施。
   振動：工業(yè)現(xiàn)場的振動可能會使圖像模糊，需要進(jìn)行防震設(shè)計或者采用高速快門。
   光照條件：不均勻照明情況下，需要使用漫反射光源或勻光板。
9. 數(shù)據(jù)處理能力
   實時性：可借助嵌入式GPU或FPGA來加速光譜分析算法，如偏最小二乘法（PLS）、支持向量機（SVM）等。
   數(shù)據(jù)壓縮：采用無損壓縮方法。

高光譜工業(yè)相機是復(fù)雜的設(shè)備，其性能和價格受諸多因素影響。然而，在為應(yīng)用找到合適的選擇時，可以通過“基于需求的分析”來簡化決策。需要確定能夠幫助您實現(xiàn)目標(biāo)的最重要的性能因素。這包括考慮以下因素：

• 正在尋找的光譜特征以及區(qū)分它們所需的分辨率
• 執(zhí)行此分析所需的速度以及所需的相關(guān)幀速率
• 捕獲圖像的條件，例如環(huán)境和光照條件。

基于需求的分析結(jié)果應(yīng)該能夠反映出您的用例所需的性能底線。考慮到這一點，可以探索性能和價格之間的權(quán)衡，以找到最佳的高光譜相機選擇。追求市面上最高規(guī)格的高光譜相機很容易。然而，這往往會導(dǎo)致資金浪費，因為相機的性能超出了您的需求。

不同行業(yè)需要考慮的高光譜相機性能因素包括：

• 農(nóng)業(yè)：需要中等光譜分辨率。飛行器最適合使用推掃式相機，速度快效率高，光譜質(zhì)量好。
• 質(zhì)量控制：在各行各業(yè)的質(zhì)量控制和用例分選中，優(yōu)先考慮高幀率和實時處理，而非光譜分辨率。高光譜系統(tǒng)可能只需要區(qū)分固定數(shù)量的已知光譜特征，但必須做出實時決策。
• 醫(yī)療保健：目前仍處于概念驗證研究階段，但從高光譜數(shù)據(jù)集得出錯誤結(jié)論的風(fēng)險可能會帶來嚴(yán)重后果。因此，醫(yī)療保健用例通常需要更高的光譜和空間分辨率。
• 國防安全：寬光譜范圍和高光譜分辨率可檢測偽裝威脅，高幀率可進(jìn)行實時分析。