高光谱相机能看到多少样本？

工业环境或机载平台（无人机或飞机）中使用的高光谱相机通常采用推扫式操作。这些相机（如 Specim 相机）都采用相同的方法构建：

• 前置镜头，定义视场
• 入口狭缝，使传感器一次只能看到目标的一条细线
• 色散光学元件，使进入系统的细光束扩散到最后一个主要部件上
• 矩阵检测器。

在这种配置下，整个样本或场景无法一次性全部看到，而只能看到一条细线。需要移动才能对整个物体进行成像，例如传送带或无人机。然而，我们可能想知道传感器能看到多少样本、场景或目标。

传感器的有效测量取决于几个参数：

• 相机的帧速率
• 运动速度
• 积分时间
• 相机的狭缝宽度
• 前方目标
• 测量距离。

为了充分理解这一点，让我们考虑图 1，并举一个具体的例子：一台Specim FX17高光谱相机放置在 1 米宽的传送带上，以 2 米/秒的速度对塑料薄片进行分类。

1. 首先，我们假设用户想要保持正确的纵横比，即圆形物体成像为圆形。由于 FX17 测量每条视线 640 像素的光谱，因此皮带上的像素大小为 1000 / 640 = 1.56 毫米。相机的帧速率需要设置为1282 fps才能获得“方形”像素。这可以通过减少光谱带数量来实现，例如，通过仅测量 112 个波段的光谱（全范围 900 – 1700 nm 需要 224 个波段）。

2. 当将相机设置为 1282 fps 时，每0.78 毫秒获取一条新线（= 帧）。在此期间，皮带移动了1.56 毫米，这是有道理的，因为用户希望保持纵横比。然而，这里最重要的是相机在积分时间内有效捕获数据时皮带覆盖的距离。以 1282 fps 工作的最大可能积分时间约为 0.5 毫秒。这意味着在此期间，皮带将捕获超过1 毫米的数据。因此，在图 1 中，A = 1 毫米。

3. 由于 FX17 默认采用 38 度前置光学系统，因此需要将其放置在距离皮带1.45 米的位置；从这个距离，摄像机看到的线的宽度为3.48 毫米。

这里我们处于一个狭缝宽度图像远大于 A 的配置中，图 1 将变成如下形式：

可以看出，由于狭缝较大，两个连续帧会相互重叠。即使以低两倍的速度获取帧（在本例中为 641 fps），纵横比也不会再保持（圆形物体会成像为椭圆形）。但是，我们仍然可以获得完整成像的样本。

观察狭缝图像的宽度与积分时间内传送带运行距离的卷积，传送带运行的每个帧之间的距离可达 4.48 毫米，因此完整样本成像的帧速率为 446 fps。如果帧速率降低，两个连续的帧将不再重叠，样本的一部分将无法被捕获。