液晶可調(diào)諧濾波器(LCTF)與推掃式高光譜相機(jī)的對比

本推文從速度、靈敏度、光學(xué) étendue(光擴(kuò)展量)以及對靜態(tài)和動(dòng)態(tài)目標(biāo)的適用性方面，對基于液晶可調(diào)諧濾波器(LCTF)的高光譜相機(jī)和推掃式高光譜相機(jī)進(jìn)行了全面對比。

?                      速度對比

液晶可調(diào)諧濾波器相機(jī)

l                      速度限制：受液晶濾波器調(diào)諧速度限制，通常每個(gè)波長的調(diào)諧時(shí)間在毫秒到數(shù)秒范圍內(nèi)。

l                      全光譜采集：需要對每個(gè)波長進(jìn)行順序掃描，增加了采集時(shí)間。

l                      幀率：較低(約 10-100 Hz)

l                      應(yīng)用場景：適用于靜態(tài)目標(biāo)。

推掃式相機(jī)

l                      速度優(yōu)勢：可同時(shí)采集一整行的所有光譜信息

l                      全光譜采集：因同時(shí)進(jìn)行光譜探測，采集速度快。

l                      幀率：可超過數(shù)百至數(shù)千 Hz。

l                    應(yīng)用場景：非常適合高速動(dòng)態(tài)目標(biāo)。

l                      速度勝出者：推掃式相機(jī)

?                      靈敏度對比

液晶可調(diào)諧濾波器相機(jī)

l                      光學(xué)通量：因采用順序?yàn)V波方法，光學(xué)通量受限。

l                      光效率：除選定波長外，大部分入射光被阻擋。

l                      量子效率：因液晶光學(xué)器件的損耗，量子效率較低。

l                     性能：需要高強(qiáng)度光源。

推掃式相機(jī)

l                      光學(xué)通量：更優(yōu)，色散元件可zui大化光學(xué)收集效率。

l                      光效率：可高效利用整個(gè)入射光譜。

l                      量子效率：更高，尤其是搭配xian進(jìn)傳感器(如sCMOS、InGaAs 傳感器)時(shí)。

l                      性能：在低光條件下表現(xiàn)良好。

l                      靈敏度勝出者：推掃式相機(jī)

?                      靜態(tài)與動(dòng)態(tài)目標(biāo)的性能對比

l                      動(dòng)態(tài)目標(biāo)勝出者：推掃式相機(jī)

l                      靜態(tài)目標(biāo)勝出者：LCTF相機(jī)

?                      光擴(kuò)展量對比

液晶可調(diào)諧濾波器相機(jī)

l                      像素相關(guān)角度接受度：波長透射率取決于入射角，需要嚴(yán)格的準(zhǔn)直。

l                      順序波長掃描：一次僅測量一個(gè)波長，丟棄大部分入射光。

l                      有限視場(FOV)：窄角度接受度降低了étendue。

推掃式相機(jī)

l                      全光譜捕獲：所有光子都被高效利用，zui大化光通量。

l                      更大接受角度：可接受更寬角度范圍的光線，增加étendue。

l                      線照明：捕獲一整行，顯著提高光子收集效率。

l                      光擴(kuò)展量勝出者：推掃式相機(jī)

?                      直接光擴(kuò)展對比表

l                      綜合勝出者：推掃式相機(jī)

?                      液晶可調(diào)諧濾波器在哪些情況下仍然適用?

盡管推掃式相機(jī)通常在光擴(kuò)展量、靈敏度和速度方面優(yōu)于 LCTF，但在以下場景中,LCTF 仍具優(yōu)勢：

l                      僅需幾個(gè)關(guān)鍵波長的應(yīng)用(例如醫(yī)學(xué)成像、熒光檢測)。

l                      掃描時(shí)間不受限制的可控靜態(tài)環(huán)境。

l                      對成本敏感的應(yīng)用，因?yàn)長CTF 通常比推掃式系統(tǒng)略便宜。

不過，對于實(shí)時(shí)、高速或高靈敏度的應(yīng)用，推掃式相機(jī)是更優(yōu)選擇。

?                      系統(tǒng)設(shè)計(jì)建議

高速動(dòng)態(tài)應(yīng)用：

l                      使用配備高速CMOS或InGaAs傳感器的推掃式相機(jī)。

l                      采用優(yōu)化的照明光源以zui大化信噪比。

l                      確保目標(biāo)與成像系統(tǒng)之間的運(yùn)動(dòng)同步，避免光譜錯(cuò)位。

靜態(tài)或?qū)嶒?yàn)室應(yīng)用：

l                      當(dāng)需要可變多光譜選擇而非追求速度時(shí)，使用LCTF 相機(jī)

l                      集成高強(qiáng)度光源以補(bǔ)償光損失

l                      若需要獲取空間分辨的高光譜圖像，可利用機(jī)械平移臺

經(jīng)濟(jì)高效型部署：

如果速度不是關(guān)鍵因素，基于LCTF的解決方案可能降低整體系統(tǒng)成本，但這并非jue對

zui大化光擴(kuò)展量和靈敏度：

l                      為推掃式相機(jī)配備高光擴(kuò)展量光學(xué)器件(更大光圈、高效準(zhǔn)直器)

l                      對于 LCTF 和推掃式系統(tǒng)，均選擇高效光學(xué)涂層以減少損耗

總而言之，推掃式高光譜相機(jī)在以下方面優(yōu)于LCTF 相機(jī)：

n                      速度(通過同時(shí)捕獲光譜實(shí)現(xiàn)更快采集)

n                      靈敏度(更高的量子效率和更好的光通量)

n                      光擴(kuò)展量(更大的接受角度和更高的光效率)

n                      動(dòng)態(tài)目標(biāo)性能(非常適合運(yùn)動(dòng)場景)

然而，LCTF相機(jī)在靜態(tài)應(yīng)用以及采集速度并非首要考慮因素的經(jīng)濟(jì)高效型解決方案中仍具實(shí)用性。

對于追求光譜成像性能的需求，在大多數(shù)高速和高靈敏度應(yīng)用中，推掃式相機(jī)是shou選。