光譜技術(shù)作為自然科學(xué)分析的重要手段，常用于檢測(cè)物體的物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分等指標(biāo)。

????傳統(tǒng)的光譜分析是通過待測(cè)物體的自發(fā)光或與光源的相互作用來分析的。從空間維度來看，傳統(tǒng)的光譜分析主要針對(duì)單點(diǎn)位置。圖像光譜測(cè)量結(jié)合了光譜技術(shù)和成像技術(shù)，結(jié)合了光譜分辨率和圖形分辨率，創(chuàng)造了空間維度的面光譜分析，即當(dāng)前的多光譜成像和高光譜成像技術(shù)。

今天我們將討論光譜、多光譜和高光譜之間的區(qū)別？

光譜（Spectrum）?：復(fù)色光通過色散系統(tǒng)（如棱鏡、光柵）分離成單色光，通過成像系統(tǒng)投射到探測(cè)器上，根據(jù)波長(zhǎng)（或頻率）排列，稱為光學(xué)頻譜。?

海洋光學(xué)光譜儀是基于這一原理設(shè)計(jì)制造的。

根據(jù)波長(zhǎng)的不同，光波有不同的稱謂：波長(zhǎng)在380和780nm之間的光波稱為可見光，短于380nm稱為紫外光；長(zhǎng)于780nm紅外光(紅外光分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外等。

多光譜技術(shù)（Multispectral）：它是一種光譜探測(cè)技術(shù)，可以同時(shí)獲得多個(gè)光學(xué)頻譜波段（通常大于或等于3個(gè)），并在可見光的基礎(chǔ)上向紅外光和紫外光擴(kuò)展。常見的實(shí)現(xiàn)方法是通過各種濾光器或分光器和各種光敏膠片的組合，接收同一目標(biāo)在不同窄光譜波段范圍內(nèi)輻射或反射的光信號(hào)，獲得幾張不同光譜帶的照片。

????最常見的多光譜照片是彩色相機(jī)拍攝的照片，如下圖所示，它包含了紅色（1）、綠色（2）和藍(lán)色（3）三個(gè)光譜波段的信息。如果在相機(jī)或探測(cè)器上添加更多的頻帶，如頻帶（4）和（5），您可以獲得多個(gè)頻帶的多光譜照片。

?結(jié)合成像硬件，多光譜技術(shù)可以圖像形式呈現(xiàn)多光譜信息。

????當(dāng)然，只能使用探測(cè)器獲取單個(gè)空間點(diǎn)的光譜信息。海洋光學(xué)品牌Pixelteq9.具有獨(dú)特的芯片濾光技術(shù)*9cm在芯片上獲取8個(gè)通道的光譜信息，特別適用于空間和成本要求高的應(yīng)用。

高光譜成像（Hypespectral）：它是一種精細(xì)的技術(shù)，可以逐點(diǎn)捕獲和分析一個(gè)空間區(qū)域中的光譜。因?yàn)樗梢詸z測(cè)到單個(gè)對(duì)象不同空間位置上獨(dú)特的光譜特征，所以它可以檢測(cè)到視覺上無法區(qū)分的物質(zhì)。

高光譜示例:圖像由更窄的波段(10-20?nm）組成。高光譜圖像可能有數(shù)百或數(shù)千個(gè)波段。

非成像光譜分析設(shè)備(如光譜儀)接收物體與光源的光相互作用后，設(shè)備能準(zhǔn)確反映光譜頻帶上接收到的光信號(hào)分布的強(qiáng)度差，即光譜信息。????使用高光譜設(shè)備時(shí)，可以從成像特性的角度了解樣品各位置的光譜信息，從光譜特性的角度了解特定光譜帶中信號(hào)位置的分布，即高光譜設(shè)備可以獲得更豐富的細(xì)節(jié)信息。

?例如，人眼只能在三個(gè)光譜頻段中接收物體的光能信號(hào)：紅色、綠色和藍(lán)色。也就是說，我們通常稱之為發(fā)光三原色，但事實(shí)上，我們可以看到更微妙的顏色，如橙色、紫色、綠色等。然而，我們無法區(qū)分純黃色和紅綠色的混合色，這也被稱為同色異譜。但是高光譜成像很容易區(qū)分區(qū)別。

在上圖中，有兩種黃色，一種是純色，另一種是紅色和綠色的混合物，可能無法在視覺上區(qū)分，但由于光譜差異，光譜設(shè)備可以區(qū)分。

當(dāng)我們進(jìn)行測(cè)試時(shí)，使用光譜儀獲得的數(shù)據(jù)代表了所有分子在整個(gè)探測(cè)范圍內(nèi)相互作用的光的平均值；使用多光譜設(shè)備在幾個(gè)特定頻帶上獲取樣品信息。因此，這兩種設(shè)備都不能在單個(gè)區(qū)域提供非常精細(xì)的樣品信息。

高光譜成像儀（HSI）它可以與數(shù)百或數(shù)千個(gè)單點(diǎn)光譜儀緊密排列在一起，同時(shí)關(guān)注一個(gè)區(qū)域。每個(gè)光譜儀獨(dú)立工作，獲取自己位置的光譜信息。HSI輸出的數(shù)據(jù)是圖片或視頻流。這些圖片或視頻中的每個(gè)像素都有自己的光譜，每個(gè)光譜都包含數(shù)百個(gè)光譜頻帶。

高光譜成像技術(shù)的全光譜功能允許人們?cè)趫?chǎng)景中的每個(gè)可分辨空間位置上看到光譜信號(hào)，即獲得更多維度的信息。因此，高光譜成像具有豐富的應(yīng)用場(chǎng)景，包括藝術(shù)鑒定、作物健康、海岸線測(cè)繪、森林、礦物勘探、城市和工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施、生產(chǎn)線產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)境監(jiān)測(cè)等。

?掃描方法及成像效果：

上圖：頻譜線掃描收集的示意圖，其中λ代表波長(zhǎng)，x和y?代表像素空間的位置，t?=隨時(shí)采集。

下圖:傳感器(焦平面陣列)（FPA））焦平面上的狹縫圖像和風(fēng)景后的光譜信息。

高光譜與多光譜的區(qū)別：

很多時(shí)候，材料的反射率特征光譜比波長(zhǎng)的變化可能非常復(fù)雜，而其他微小特征可能無法區(qū)分粗糙的多光譜成像方法。

在上圖中，通過使用高光譜成像（右）識(shí)別無法區(qū)分的物質(zhì)。原因是高光譜有更多的光譜頻帶，因此更復(fù)雜的指紋特征可以通過更高的光譜分辨率準(zhǔn)確地獲得。

使用高光譜成像儀的原理：

????高光譜成像主要用于測(cè)量光與物質(zhì)相互作用后的反射光，因此也是一種表面測(cè)量技術(shù)。Headwall的Hyperspec?HSI屬于線掃描設(shè)備，可通過狹長(zhǎng)入口觀察場(chǎng)景，稱為儀器狹縫。狹縫捕獲一行場(chǎng)景，并通過傳感器獲取一行場(chǎng)景中每個(gè)點(diǎn)的光譜信息。將儀器的狹縫瞄準(zhǔn)到感興趣的區(qū)域，或?qū)⒁苿?dòng)物體掃描到儀器的前面（例如，帶有產(chǎn)品的傳送帶），然后成像整個(gè)場(chǎng)景，并在整個(gè)場(chǎng)景中獲個(gè)點(diǎn)的光譜信息。

???室外使用高光譜成像儀（HSI）太陽(yáng)是照亮感興趣區(qū)域或物體的寬光譜光源。HSI通常安裝在無人飛機(jī)上（U?**?）與有人駕駛飛機(jī)掃描大面積區(qū)域，或安裝在帶旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的三腳架或其他堅(jiān)固的地面支架上進(jìn)行靜態(tài)掃描。在室內(nèi)使用高光譜傳感器時(shí)，需要使用人工寬光譜光源，如鹵鎢燈，并通過掃描傳感器樣品或樣品來獲取數(shù)據(jù)。

?Headwall高光譜成像系統(tǒng)的核心是使用高質(zhì)量的全息衍射光柵與其他成像光學(xué)元件形成獲取光譜（中心圖片）。從左上角順時(shí)針開始的圖片是：航空遙感高光譜成像系統(tǒng)集成在輕型無人機(jī)上的測(cè)量成像系統(tǒng)；安裝在三腳架頂部的地面可以看到近紅外高光譜成像系統(tǒng)；以及用于高光譜成像的掃描套件。

典型應(yīng)用：

???高光譜設(shè)備可以檢測(cè)人眼看不見的紅外漆或染料。同樣，與多光譜系統(tǒng)相比，60或300波段HSI該系統(tǒng)可以提供更豐富的材料反射光譜信息，以實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的物質(zhì)表征檢測(cè)。如下圖所示，將一個(gè)新鮮的動(dòng)物組織放置在傳送帶上的圖像和光譜信息：

不同區(qū)域的光譜圖：

（a）標(biāo)記在組織樣品上的純脂肪區(qū)、大理石圖案和純瘦肉區(qū)；

（b）標(biāo)記在（a）不同區(qū)域的光譜圖。

此外，我們還可以提供一個(gè)直觀的軟件程序，對(duì)具有獨(dú)特光譜特征的不同物質(zhì)進(jìn)行成像分析、分類和可視化。無論這些數(shù)據(jù)是從空氣、地面還是實(shí)驗(yàn)室獲得的，你都可以在電腦屏幕上看到可能無法用眼睛區(qū)分的細(xì)節(jié)。?

博精科技是一家集R&D、設(shè)計(jì)、制造、銷售、服務(wù)于一體的綜合性創(chuàng)新企業(yè)。公司以市場(chǎng)為導(dǎo)向，以人為本，以科技為動(dòng)力，致力于各種通用分析儀器、R&D、生產(chǎn)和銷售常規(guī)實(shí)驗(yàn)儀器、物理光學(xué)儀器等產(chǎn)品。主要產(chǎn)品有傅立葉紅外光譜儀儀、紅外測(cè)油儀，紅外分光光度計(jì)、粉塵中游離二氧化硅含量測(cè)定儀、紅外壓片機(jī)、手動(dòng)粉末壓片機(jī)、電動(dòng)粉末壓片機(jī)、自動(dòng)壓片機(jī)、壓片模具、溴化鉀窗片實(shí)驗(yàn)裝置等。?我們將與客戶分享先進(jìn)的分析技術(shù)方案和概念，共同享受科技進(jìn)步帶來的便利和價(jià)值，也希望與國(guó)內(nèi)外更多的制造商達(dá)成廣泛的合作關(guān)系！