光譜，多光譜和高光譜有什麼區別

August 23, 2024

光譜，多光譜，高光譜，無法分辨差異嗎？

光譜分析是自然科學分析的重要手段，光譜技術通常用於檢測物體，化學成分和其他指標的物理結構。另一方面，圖像光譜法相結合了光譜技術和成像技術，結合了光譜分辨率和圖形分辨率能力，從而在空間維度中進行了尺寸的光譜分析，現在被稱為多光譜成像和高光譜成像技術。

光譜，多光譜和高光譜有什麼區別？

光譜

頻譜是通過成像系統（例如探測器上的成像系統）在分散系統之後通過色散隔開的單色光（例如，棱鏡，光柵）。光譜。海洋光譜儀基於此設計和製造原理。

光波根據不同的波長，有不同的名稱：在稱為可見光的光波之間的380和780nm中的波長，短於380nm的紫外線；紅外光的長度超過780nm（紅外光還分為近紅外，中紅外，遠紅外等）。

多光譜

多光譜技術是指同時獲得多個光譜頻段（通常大於或等於3），並且在可見光的情況下，根據紅外光和紫外線，以擴大光譜檢測技術的方向。常見的實現方法是通過多種過濾器或光束拆分器和各種攝影膜組合，因此在一系列不同的窄光譜帶輻射或反射的範圍內接收相同的目標，要在照片的幾個不同光譜帶中獲取目標。周圍最常見的多光譜照片是彩色攝像機拍攝的照片，如下所示，從光譜的角度來看，其中包含三個光譜帶紅色（1），綠色（2）和藍色（3）中的信息。如果將更多的頻帶添加到攝像機或檢測器中，例如（4）和（5），則可以獲得帶有多個頻段的多光譜照片。

多光譜技術與成像硬件結合使用，可以以圖像形式顯示多光譜信息。

當然，也只能僅使用檢測器獲得單個空間點的光譜信息。 Pixelteq是一種具有獨特的芯片過濾技術的海洋光學品牌，可以實現在9*9厘米芯片上的8個頻譜信息渠道，這特別適合具有極高空間和成本要求的應用。

高光譜

高光譜是一項精細的技術，可以在空間區域中逐點捕獲和分析光譜，這是由於可以在單個對象的不同空間位置檢測到的獨特光譜“特徵”，因此可以檢測到無法區分的物質視覺上。

高光譜示例：圖像由較窄的帶（10-20 nm）組成。高光譜圖像可能具有數百或數千個樂隊。在對象與光源的光相互作用並通過非成像光譜分析設備（例如光譜儀）接收後，該設備可以準確地應對接收光信號在光譜帶上的強度差異也可以反應稱為光譜信息。從成像特徵的角度來看，使用高光譜設備時，您可以從光譜特徵的角度了解樣品每個位置的光譜信息，您可以理解信號位置在特定頻譜帶中的分佈，也就是說高光譜設備可以獲取更豐富的詳細信息。例如：人眼只能在物體的光能信號中接收三個光譜帶：紅色，綠色和藍色。也就是說，我們經常被稱為三種原色，但實際上，我們可以看到由橙色，紫色，檸檬綠色等產生的三種顏色的組合。但是，我們無法區分純黃色和紅色和綠色的混合物之間的差異，這也稱為“同色”。但是高光譜成像可以很容易地區分差異。

上面，兩個黃色，一個是“純色”，另一個是紅色和綠色的混合物，在視覺上可能是無法區分的，但是由於它們的頻譜差異，可以使用光譜設備來區分它們。在我們的實驗中，使用光譜儀獲得的數據表示所有在整個檢測範圍內與入射光源相互作用的分子發出的光的平均值，而使用多光譜設備，可以在少數幾個樣品中獲得有關樣品的信息。在檢測範圍內的各個點處的特定頻帶。結果，這些設備都無法在單個區域中提供非常好的樣本信息。

高光譜成像儀（HSI）可以類似於數百或數千個單點光譜儀，緊密排列在一起，並同時專注於一個區域，每個光譜儀都獨立工作並獲取有關其位置的光譜信息。來自HSI的數據輸出是一個圖像或視頻流，每個像素都有自己的光譜，每個光譜都包含數百個光譜頻段。高光譜成像的這種“全光譜”功能使人們可以在場景中的每個可區分空間位置看到光譜信號，即獲得更多的維度信息。因此，高光譜成像可用於多種應用，包括藝術品識別，作物健康，海岸線映射，林業，礦物勘探，城市和工業基礎設施，生產線的產品質量，環境監測等等。

高光譜掃描方法和成像結果

高光譜和多光譜之間的差異

相對於波長，材料的反射率特性頻譜通常可能非常複雜，並且使用更粗糙的多光譜成像方法，其他分鐘特徵可能無法區分。

與上圖中使用多光譜成像（左）識別的物質通過使用高光譜成像（右）來區分。這樣做的原因是，由於高光譜具有更多的光譜帶，因此可以通過較高的光譜分辨率準確地獲得更複雜的指紋特徵。

典型的應用

高光譜裝置可以檢測到人眼看不到的紅外塗料或染料。同樣，與多光譜系統相比，60或300頻段中的HSI系統可以提供有關材料反射率更豐富的光譜信息，從而提供更準確的材料表徵。下圖顯示了使用高光譜成像儀在實驗室中放置在傳送帶上的一塊新鮮動物組織獲得的圖像和光譜信息：

不同區域的頻譜圖：（a）組織樣品上純脂肪，大理石花紋和純淨部分的標記區域；（b）在（a）圖的不同區域中標記的頻譜圖。

此外，我們還可以提供直觀的軟件程序，用於成像分析，分類和可視化具有獨特光譜特徵的不同物質。無論是從空氣，地面還是在實驗室中獲得的數據，您都可以在計算機屏幕上看到可能無法通過眼睛區分的詳細信息。

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