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选购指南：高光谱产品

2026-04-22
简介
 
为适配特定应用并实现其性能，选配合适的高光谱系统至关重要。Telops是高性能高光谱系统与红外相机领域的行业领军企业，可为国防、工业及学术科研领域提供一系列先进解决方案。
 
从多功能光谱辐射仪（VSR）到迷你机载型高光谱红外成像仪（Hyper-Cam Mini Airborne），每一套设备在光谱通带、数据传输速率、成像性能及信噪比方面都具备独特优势。无论您开展红外特征与测距、远距离气体检测、地质勘测、燃烧分析还是爆炸分析工作，充分了解各款系统的核心参数特点，都将帮助您结合自身需求，做出合适选型。

 

 

图 1：Telops高光谱产品：顺时针从上至下依次为：VSR、Hyper-Cam Mini LW 与 MW、机载版 Hyper-Cam Mini、ASSIST II 及 SpIRS
 
核心特性
 
选择合适的高光谱系统，需要综合考量多项关键参数，这些参数直接影响设备性能及特定应用的适配性。成像能力决定系统采集的是单像素还是多像素信息，这对于红外特征分析、地质测绘等应用场景至关重要。
 
光谱通带决定了系统可探测的波长范围，直接影响其区分不同物质与气体的能力。数据速率关乎高光谱数据的采集与处理速度，在爆炸分析、航空勘测等时效敏感型应用中，是一项关键指标。此外，噪声对数据质量影响显著，更低的噪声水平可提升设备灵敏度与检测精度，尤其适用于弱信号环境。掌握以上核心参数，用户即可按需选型，匹配贴合实际作业需求的高光谱系统。
 
由于Hyper-Cam Mini Airborne是专为机载场景研发的设备，且核心性能与 Mini xLW 相近，因此本应用笔记将不再对该产品做重点阐述。
成像性能
 
在选购高光谱系统时，务必重点考量探测器类型与视场参数。VSR、ASSIST II 等光谱仪搭载大尺寸单像素红外探测器。该类探测器单次仅采集单点的光谱信息。此类设备非常适用于单一目标研究场景，无需空间分辨率成像，典型应用包括：爆炸过程观测、军用目标红外特征分析、烟囱气体排放监测等。
 
图 2：由 SpIRS 采集的一组 30 张战斗机飞行状态成像图。
 
另一方面，焦平面阵列（FPA）红外探测器由独立探测单元构成二维阵列，可同步采集光谱与空间信息。SpIRS、Hyper-Cam Mini 系列等高光谱成像系统具备高性能能力，能够采集精细化的光谱与复杂场景的空间信息。该类系统旨在突破传统单视场光谱仪的性能局限，可在同一视场内区分多个目标与辐射源。依托成像光谱技术，设备能够依据物体及物质独特的光谱特征，实现精准探测与识别。
 
SpIRS 是一款面向高光谱应用的快速扫描干涉调制器，搭载8×8 红外探测器阵列（见图 2）。

 

而 Hyper-Cam Mini 系列则配备320×256 像素应变层超晶格（SLS）红外探测器，可呈现清晰细腻的成像画面（见图 3）。

 

表 1 汇总了各款高光谱系统的标称像素瞬时视场（iFOV）、** 全视场（FOV）** 参数，以及适配的望远镜头配件信息。

 

图 3：法国拉克市道达尔研发测试中心，由 Hyper-Cam 探测到的甲烷泄漏区域（紫色标识）。
图 4：Telops 全系产品成像性能对比
 
表 1：各系统及配套望远镜的像素瞬时视场（iFOV）与总视场（FOV）
 
光谱通带
 
光谱通带是红外高光谱检测中的另一项关键参数。务必掌握待测目标在不同光谱波段下的特征响应，以及该特性对遥感数据后续分析造成的影响。
 
Hyper-Cam Mini xLW 与 Hyper-Cam Mini MWf 专为长波红外（LW）和中波红外（MW）波段应用设计。
 
分别对应大气窗口，通过大限度降低大气吸收、提升信号传输效率，从而优化遥感探测性能（见图5）。
 
Telops 产品的光谱通带
 

多功能光谱辐射计（VSR）采用独特的三探测器配置，有两款不同的版本可供选择：宽波段通过型（WB）版本，覆盖 2 至 12 微米；超宽波段通过型（UWB）版本，范围从 2 至 15微米。这两种 VSR 版本均适用于详细材料特性分析和目标特征分析。ASSIST II 仪器进一步扩展了光谱覆盖范围，配备了中波红外 （InSb）和长波红外（HgCdTe MCT）探测器，波长范围为 3.3 至 18.2 微米。

 
ASSIST II 仪器所捕捉的大部分红外光谱为研究大气痕量气体、大气柱或其他目标的化学和物理特性提供了宝贵信息，具有高灵敏度，是进行此类研究的强大工具 （图 6）。

 

数据速率
 
高光谱红外系统的数据率指的是单位时间内获取和处理的光谱数据量，通常以每秒的高光谱扫描次数来衡量。数据率受仪器参数（如空间分辨率和光谱分辨率）的影响。像素数量越多，获取数据的速度通常会越慢。更精细的光谱细节需要更多的干涉测量，从而降低获取速度。高光谱红外相机旨在平衡这些因素，根据应用需求，其扫描速度从几分之一秒到每秒数百次不等。
 
数据传输速率必须根据具体应用进行精确匹配，以确保达到其性能。其中一个重要考量因素是尽量减少场景切换所产生的伪影，因为如果数据传输速率相对于所观察场景的动态变化过慢，就可能会出现这种伪影现象。
 
对于移动速度较快的目标或环境变化迅速的情况，例如气体检测、爆炸（图 7）或燃烧分析，需要高速数据传输率才能在不因运动造成失真的情况下获取准确的光谱信息。相反，像材料鉴定或大气研究这类场景相对稳定的应用，可以容忍较低的数据传输率，以换取更精细的空间和光谱分辨率。图 8 展示了不同 Telops 超光谱系统的数据速率与光谱分辨率之间的关系。
 
 
图 7：左图：爆炸的时序图。右图：通过每秒82次扫描测量得出的爆炸能量值。

图 8：不同 Telops 超光谱产品在数据率与光谱分辨率之间的关系。绘制了 Hyper-Cam Minis 的数据率，针对两种窗口尺寸（320x256 像素和 128x128 像素）进行了展示。其他窗口尺寸也可能导致数据率的差异，例如更快或更慢。如需具体详情，请联系 Telops。
 
噪音
 
高光谱红外系统的噪声是以噪声等效光谱辐射度 （NESR）来表示的，这是这些系统的关键性能指标。它代表了该系统在自身噪声水平之上能够测量到的光谱辐射度。NESR 受到系统设计过程中固定参数（如光学透过率和红外探测器性能）以及用户确定的参数（如观测时间和光谱分辨率）的影响。
 
表 2 列出了不同telops公司产品对应的 NESR值。请注意，这些 NESR 值是基于 16 厘米-1的光谱分辨率和 1 秒的观测时间得出的。需要记住的是，NESR 值会随着光谱分辨率的提高或观测时间的缩短而增加。

 

表 2：不同telops产品噪声等效光谱辐射度（NESR）的规格说明。NESR 值假定光谱分辨率为 16 厘米^-1，观测时间为 1 秒。
 
结论
 
要选择合适的高光谱系统，需要仔细权衡成像能力、光谱带宽、数据速率和噪声性能等因素。每款telops产品都具有独特的这些特性组合，使其适用于不同的应用，从快速事件监测到精确材料分析。雷达图表（图 9）提供了这些关键参数的直观比较，帮助用户快速确定符合其特定需求的系统。无论优先考虑高空间分辨率、宽光谱覆盖范围还是快速采集速率，telops的高光谱解决方案系列都能确保研究人员和行业专业人士在他们的研究领域中获得结果。
应用说明
 
图 9：雷达图展示了不同产品在成像能力、光谱带宽、数据速率和噪声等关键特性方面的对比情况。
 
 
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