高光谱相机的“鱼与熊掌”：空间分辨率与光谱分辨率，如何兼得？

如果你关注过遥感、精准农业、医学影像或工业检测，大概率听说过高光谱成像。这项技术能同时拍下目标的“照片”和“指纹”——既有清晰的空间图像，又有精细到纳米级的光谱曲线。正因如此，它被誉为“图谱合一”的超级感官。

然而，高光谱相机的研发者和使用者，始终面临一个灵魂拷问： 空间分辨率（看得清不清）和光谱分辨率（分得细不细），就像鱼和熊掌，常常不可兼得。今天，我们就来聊聊这个高光谱领域的核心难题，以及那些正在打破魔咒的黑科技。

两个“分辨率”，到底在争什么？

空间分辨率：指图像中能分辨的最小细节。分辨率越高，画面越清晰，你能看清叶片的脉络、矿物的纹理。 光谱分辨率：指能分辨的最小波长间隔。分辨率越高，光谱曲线越“细腻”，越能区分化学成分相近的物质。

理想很丰满：既要高空间分辨率（看得真），又要高光谱分辨率（辨得准）。 现实很骨感：二者存在深刻的物理矛盾。

为什么会互相制约？

探测器像素有限：总像素就那么多，分给光谱维度的多了，留给空间维度的就少了。

光能量不足：光谱分得越细，每个波段的入射光越弱，信噪比下降，空间分辨率自然提不上去。

光学系统限制：高光谱分辨率需要复杂的色散或干涉结构，往往要牺牲光通量和成像清晰度。

数据量爆炸：空谱双高意味着海量数据，存储、传输、处理都吃不消。

简单说：能量守恒和信息论决定了这是一场“零和博弈”。

从硬件选型入手

既然没法一步登天，那就根据场景“有所取舍”。

高光谱成像仪根据工作模式的不同，主要可分为推扫型、凝视型和快照型三类，每类在空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率方面各有侧重。

推扫式：高信噪比，空谱兼顾的代表

推扫式高光谱相机是目前工业机载和星载应用的主流方案。它以线性扫描的方式，每次采集一条线的高光谱数据，通过平台或目标的移动完成二维空间的拼接成像。这种方式让每个波段都有相对较长的积分时间，因此在信噪比方面表现优异，能够在保持较高光谱分辨率的同时获得不错的空间分辨率。

中达瑞和 VIX 系列推扫式高光谱相机就是这一领域的代表产品。VIX系列由中达瑞和自主研发和生产制造，覆盖 400–1700nm 全波段光谱范围，可快速、精准获取观测目标的高光谱信息，广泛应用于生态环境、精准农业、工业检测等领域。

凝视式：极致光谱分辨率的代表

凝视式高光谱成像仪通常采用液晶可调谐滤波器（LCTF）作为分光元件，对固定视场逐波段切换成像。这种方式能够获得极高的光谱分辨率和面阵成像质量，但成像速度受滤波器切换时间的限制，适合实验室或地面三脚架场景。

中达瑞和 SHIS 系列凝采式高光谱相机正是这一路线的典型代表。SHIS系列基于液晶可调谐滤波器（LCTF），应用凝视型高光谱成像技术，在覆盖可见光到近红外（400–1000nm）和短波红外（920–1700nm）的光谱范围内，通过电控LCTF进行连续细分窄波段分光，对每个波段进行高分辨率的二维面阵成像。

快照式：实时动态监测的利器

快照式高光谱成像技术能够在单次曝光中同时获取目标场景的空间信息和光谱信息，成像速度快，能够捕捉快速变化的目标信息，适用于需要实时动态监测的场合。不过，由于需要在单次曝光中同时获取全部空谱信息，快照式在空间分辨率和光谱分辨率之间面临着更为严峻的权衡。

中达瑞和MAX-S810是一款专为大疆经纬系列无人机设计的快照式多光谱相机，并行采集7个光谱通道+1个RGB通道，无需悬停扫描，即挂即飞。

空间分辨率与光谱分辨率的“博弈”，是高光谱成像领域最经典、也最现实的难题。过去，我们只能被动接受“二选一”的无奈——要看清，就辨不准；要辨得准，就看不真。

但今天，局面正在改变。硬件的持续创新，让推扫式、凝视式、快照式三条技术路线各显神通，覆盖了从大范围遥感到精细实验室、从静态分析到动态监测的几乎所有场景。算法的深度赋能，让数据融合、计算成像、深度学习成为弥补硬件短板的“软武器”。而国产厂商的崛起，则以中达瑞和为代表——作为国内领先的集光谱芯片研制、光谱成像产品开发、光谱智能解决方案为一体的国家高新技术企业、专精特新企业，中达瑞和的产品与技术达国际领先水平，是国内唯一一家同时掌握凝采式、推扫式、光计算重构三种高光谱成像技术和端到端解决方案的产品公司。从光谱芯片到整机系统，从数据采集到云端智能分析，中达瑞和构建起完整的国产化高光谱生态链，真正实现了“国内领先、国际一流”的技术突破。

审核编辑 黄宇