液晶可调谐滤波器(LCTF)与推扫式高光谱相机的对比

液晶可调谐滤波器(LCTF)与推扫式高光谱相机的对比

本推文从速度、灵敏度、光学 étendue(光扩展量)以及对静态和动态目标的适用性方面，对基于液晶可调谐滤波器(LCTF)的高光谱相机和推扫式高光谱相机进行了全面对比。

Ø                      速度对比

液晶可调谐滤波器相机

l                      速度限制：受液晶滤波器调谐速度限制，通常每个波长的调谐时间在毫秒到数秒范围内。

l                      全光谱采集：需要对每个波长进行顺序扫描，增加了采集时间。

l                      帧率：较低(约 10-100 Hz)

l                      应用场景：适用于静态目标。

推扫式相机

l                      速度优势：可同时采集一整行的所有光谱信息

l                      全光谱采集：因同时进行光谱探测，采集速度快。

l                      帧率：可超过数百至数千 Hz。

l                    应用场景：非常适合高速动态目标。

l                      速度胜出者：推扫式相机

Ø                      灵敏度对比

液晶可调谐滤波器相机

l                      光学通量：因采用顺序滤波方法，光学通量受限。

l                      光效率：除选定波长外，大部分入射光被阻挡。

l                      量子效率：因液晶光学器件的损耗，量子效率较低。

l                     性能：需要高强度光源。

推扫式相机

l                      光学通量：更优，色散元件可zui大化光学收集效率。

l                      光效率：可高效利用整个入射光谱。

l                      量子效率：更高，尤其是搭配xian进传感器(如sCMOS、InGaAs 传感器)时。

l                      性能：在低光条件下表现良好。

l                      灵敏度胜出者：推扫式相机

Ø                      静态与动态目标的性能对比

l                      动态目标胜出者：推扫式相机

l                      静态目标胜出者：LCTF相机

Ø                      光扩展量对比

液晶可调谐滤波器相机

l                      像素相关角度接受度：波长透射率取决于入射角，需要严格的准直。

l                      顺序波长扫描：一次仅测量一个波长，丢弃大部分入射光。

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

推扫式相机

l                      全光谱捕获：所有光子都被高效利用，zui大化光通量。

l                      更大接受角度：可接受更宽角度范围的光线，增加étendue。

l                      线照明：捕获一整行，显著提高光子收集效率。

l                      光扩展量胜出者：推扫式相机

Ø                      直接光扩展对比表

l                      综合胜出者：推扫式相机

Ø                      液晶可调谐滤波器在哪些情况下仍然适用?

尽管推扫式相机通常在光扩展量、灵敏度和速度方面优于 LCTF，但在以下场景中,LCTF 仍具优势：

l                      仅需几个关键波长的应用(例如医学成像、荧光检测)。

l                      扫描时间不受限制的可控静态环境。

l                      对成本敏感的应用，因为LCTF 通常比推扫式系统略便宜。

不过，对于实时、高速或高灵敏度的应用，推扫式相机是更优选择。

Ø                      系统设计建议

高速动态应用：

l                      使用配备高速CMOS或InGaAs传感器的推扫式相机。

l                      采用优化的照明光源以zui大化信噪比。

l                      确保目标与成像系统之间的运动同步，避免光谱错位。

静态或实验室应用：

l                      当需要可变多光谱选择而非追求速度时，使用LCTF 相机

l                      集成高强度光源以补偿光损失

l                      若需要获取空间分辨的高光谱图像，可利用机械平移台

经济高效型部署：

如果速度不是关键因素，基于LCTF的解决方案可能降低整体系统成本，但这并非jue对

zui大化光扩展量和灵敏度：

l                      为推扫式相机配备高光扩展量光学器件(更大光圈、高效准直器)

l                      对于 LCTF 和推扫式系统，均选择高效光学涂层以减少损耗

总而言之，推扫式高光谱相机在以下方面优于LCTF 相机：

n                      速度(通过同时捕获光谱实现更快采集)

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

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

n                      动态目标性能(非常适合运动场景)

然而，LCTF相机在静态应用以及采集速度并非首要考虑因素的经济高效型解决方案中仍具实用性。

对于追求光谱成像性能的需求，在大多数高速和高灵敏度应用中，推扫式相机是shou选。