高光谱视频的实现路径：主动照明与编码传感器的协同设计（上）
2026-03-02 15:11:06
奥谱天成
从“拍照片”到“拍光谱视频” 主动光源 + 像素级编码曝光如何实现真正的高光谱视频？ 高光谱成像大家并不陌生。 它可以获取 400–700nm 甚至更宽波段范围内的连续光谱信息，让我们看到“肉眼不可见”的物质差异。在农业表型、矿物识别、生物医学、材料分选等领域，高光谱早已成为核心技术。 但一个问题长期存在： 为什么高光谱大多只能“拍静态”，却很难“拍视频”？ 今天，我们从成像原理层面，深入讲解一种“主动光源 + 像素级编码曝光”的高光谱视频思路，并解析它背后的核心物理机制。 推扫式（线扫） 一次采集一条空间线 通过运动完成整幅图像 光谱精度高 无法拍摄快速动态场景 面阵滤光片马赛克（MSFA） 每个像素覆盖不同波段滤光片 单次曝光获得多波段信息 每个像素只接收部分光谱 → 光子利用率低 噪声高、动态范围受限 CASSI / DOE 光学压缩系统 通过衍射或编码孔径压缩光谱信息 单帧完成采集 光学系统复杂 运动时出现空间-光谱混叠 核心矛盾在于 光谱分辨率 ↑ → 光能被分得更细 → 单波段光子数 ↓ → 曝光时间必须变长 → 无法拍视频 把“光谱调制”从被动滤光片转移到主动光源 传统系统是： 用滤光片“丢掉”不需要的光 新思路是： 主动发出“需要的光” 像素级编码曝光（CEP） 普通 CMOS 的限制 普通相机： 整个传感器统一曝光 不能在同一帧内部做时间编码 而 CEP（Coded Exposure Pixel）传感器具有两个特点： ① 每个像素有两个电荷桶（Bucket 0 / Bucket 1） ② 每个像素可以在微秒级别控制： 当前子帧 → 把光子存进哪个桶 子帧机制 假设一帧时间 27ms 在每个子帧内： LED 按计划点亮 每个像素根据编码决定是否积分 免责声明 本文技术内容基于公开论文《Lumosaic: Hyperspectral Video via Active Illumination and Coded-Exposure Pixels》 本文仅为技术原理解读与行业趋势分析，旨在促进高光谱成像领域的学术交流与工程探讨。文中所述系统架构、实验结果及性能指标均来源于论文作者公开发表的研究成果，并不代表奥谱天成现有产品技术方案或商业化能力承诺。 部分技术推演与产业化分析为作者基于行业经验的理解与延伸，不构成对任何第三方技术的评价或替代说明。 如涉及论文引用或转载需求，请以原作者及原始文献为准。
被分成 158 个子帧
每个子帧 170µs
作者团队来自 University of Toronto。
