液晶可調諧濾波器(LCTF)與推掃式高光譜相機的對比

本推文從速度、靈敏度、光學 étendue(光擴展量)以及對靜態和動態目標的適用性方面，對基于液晶可調諧濾波器(LCTF)的高光譜相機和推掃式高光譜相機進行了全面對比。

?                      速度對比

液晶可調諧濾波器相機

l                      速度限制：受液晶濾波器調諧速度限制，通常每個波長的調諧時間在毫秒到數秒范圍內。

l                      全光譜采集：需要對每個波長進行順序掃描，增加了采集時間。

l                      幀率：較低(約 10-100 Hz)

l                      應用場景：適用于靜態目標。

推掃式相機

l                      速度優勢：可同時采集一整行的所有光譜信息

l                      全光譜采集：因同時進行光譜探測，采集速度快。

l                      幀率：可超過數百至數千 Hz。

l                    應用場景：非常適合高速動態目標。

l                      速度勝出者：推掃式相機

?                      靈敏度對比

液晶可調諧濾波器相機

l                      光學通量：因采用順序濾波方法，光學通量受限。

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

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

l                     性能：需要高強度光源。

推掃式相機

l                      光學通量：更優，色散元件可zui大化光學收集效率。

l                      光效率：可高效利用整個入射光譜。

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

l                      性能：在低光條件下表現良好。

l                      靈敏度勝出者：推掃式相機

?                      靜態與動態目標的性能對比

l                      動態目標勝出者：推掃式相機

l                      靜態目標勝出者：LCTF相機

?                      光擴展量對比

液晶可調諧濾波器相機

l                      像素相關角度接受度：波長透射率取決于入射角，需要嚴格的準直。

l                      順序波長掃描：一次僅測量一個波長，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

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                      光擴展量勝出者：推掃式相機

?                      直接光擴展對比表

l                      綜合勝出者：推掃式相機

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

盡管推掃式相機通常在光擴展量、靈敏度和速度方面優于 LCTF，但在以下場景中,LCTF 仍具優勢：

l                      僅需幾個關鍵波長的應用(例如醫學成像、熒光檢測)。

l                      掃描時間不受限制的可控靜態環境。

l                      對成本敏感的應用，因為LCTF 通常比推掃式系統略便宜。

不過，對于實時、高速或高靈敏度的應用，推掃式相機是更優選擇。

?                      系統設計建議

高速動態應用：

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

l                      采用優化的照明光源以zui大化信噪比。

l                      確保目標與成像系統之間的運動同步，避免光譜錯位。

靜態或實驗室應用：

l                      當需要可變多光譜選擇而非追求速度時，使用LCTF 相機

l                      集成高強度光源以補償光損失

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

經濟高效型部署：

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

zui大化光擴展量和靈敏度：

l                      為推掃式相機配備高光擴展量光學器件(更大光圈、高效準直器)

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

總而言之，推掃式高光譜相機在以下方面優于LCTF 相機：

n                      速度(通過同時捕獲光譜實現更快采集)

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

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

n                      動態目標性能(非常適合運動場景)

然而，LCTF相機在靜態應用以及采集速度并非首要考慮因素的經濟高效型解決方案中仍具實用性。

對于追求光譜成像性能的需求，在大多數高速和高靈敏度應用中，推掃式相機是shou選。