如何从电磁波角度理解不同色光的混合？ 第1页

人眼只能看到一个颜色，而不能分辨光谱，本质原因是所有的光学检测器在一次扫描中最多获得二维的信息。

就比如说CCD检测器（电荷耦合器件），当使用image mode时，就会得到二维图像的强度信息，而没有任何的光谱信息；最后就是二维的。

当使用spectra mode时，就只有一维光谱信息，要么没有空间信息（confocal point scan）——此时为一维信息，要么只有一维空间信息（line scanning）——此时为1+1=二维信息。

而对于同时具有二维空间信息，并且同时具有每一个位置点的光谱，这就至少是三维的信息了，属于hyperspectral imaging的范畴。一般有这样几种常见的方式来采集hyperspectral imaging，每一种都需要多次采样：

1、对于wide field illumination geometry，不连接spectrograph，使用CCD的image mode：扫描入射光频率，这样就额外增加了一个维度。比如对于和频光谱（SFG），如果使用的是narrow band IR的话，就可以对于相同的二维空间，对于每一个频率都扫描一次，然后就可以获得二维空间信息，以及每个pixel的光谱信息；

2、对于confocal point scanning geometry，连接spectragraph，使用CCD的spectra mode：额外扫描二维空间信息。这样每次获得的就是一个pixel的光谱信息，然后通过移动样品台获得二维的空间信息。

3、对于line scanning geometry（入射光汇聚成一条线），连接spectragraph，使用CCD的image mode。这样就会在CCD上得到一堆光谱图，每一个都对于line上的一个点的光谱。然后只需要扫描一个维度就可以获得全部的信息了。

4、Compressive Sensing技术^[1]。该技术中使用了一种叫做DMD（digital micromirror device）的镜子，该镜子相当于很多个微小的镜子的集合，其中每一个小镜子都可以控制开启和关闭。然后利用随机控制每个小镜子的开和关，获得了很多不同的光谱，之后再利用compressive sensing的办法来重现完全的信息。

总的来说，这是因为光学检测器一次测量最多获得二维信息的缘故，所以无法获得hyperspectral imaging 信息。如果你想看到光谱信息，就必然导致你没法看到这个世界的图像。

参考

1. ^ JPCL：Compressive Broad-Band Hyperspectral Sum Frequency Generation Microscopy to Study Functionalized Surfaces