高光谱成像vs多光谱成像，灵活选择精确应用收藏

很多时候，在与用户交流时，我们需要解释高光谱成像与多光谱成像的区别、优劣势若按标准定义，高光谱相机至少有 100个波段，而多光谱相机只有十几个或更少波段数但这个定义没有考虑到光谱范围的宽度或光谱采样，若相机以50个波段覆盖400-600 nm的光谱范围，则它不是高光谱相机；而如果它以相同的光谱采样覆盖400–800 nm 的光谱范围（这一次是100个波段），则它是高光谱相机。

其实，我们更关注的是光谱分辨率（FWHM，半高宽，半高宽定义了相机的光谱分辨率），因为光谱分辨率代表了光谱相机将两个连续光谱峰彼此分开的能力高光谱相机可以提供平滑的光谱、更高的光谱分辨率；而多光谱相机提供的更像是锯齿状的光谱图，无法描绘窄光谱的特征。

在对市场上可用的多光谱相机进行了调研后，我们发现大多数多光谱相机的光谱范围限制在400 –1000 nm，波段数通常为4或5个，这导致它们在许多应用领域无法使用我们以杏仁及杏仁壳的分类来说明这一点1.光谱范围

物质的反射、吸收或发射光谱特征，与它们的分子结构紧密相关下表可以看出，700- 2500 nm的光谱范围是许多应用所必需的，尤其是对于食品质量检测和塑料分拣，1100-1700 nm 的光谱范围更是必不可少的。

因此，400-1000 nm的光谱相机对于这些应用不是最佳的选择根据测试结果， RGB相机在分选坚果和开心果方面表现不佳相比之下，SPECIM  FX10（400-1000 nm）高光谱相机提供了较好的结果，而SPECIM  FX17（900-1700 nm）比FX10有更好的分选效果。

表 1：分子电磁共振谐波2. 波段数量我们用SPECIM  FX17 高光谱相机对杏仁和壳进行研究：比较光谱合并、光谱不合并两种情况下的分选效果（光谱合并，是指合并连续的光谱波段）用FX17相机采集杏仁和杏仁壳的第一个数据：光谱范围为900 – 1700 nm、涵盖224 个波段；对FX17相机进行光谱合并设置后，采集第二个数据：光谱范围为900 – 1700 nm、只涵盖28个波段。

如图1 和 2 所示，有224 个波段的杏仁和杏仁壳的光谱，比仅使用28个波段的光谱要平滑得多，并且可以更好的发现杏仁和杏仁壳之间细微的光谱差异

图 1：224和28个波段的杏仁和杏仁壳的光谱

图 2：FX17相机采集的224和28个波段的杏仁光谱数据紫色圆圈突出了杏仁和杏仁壳的光谱差异；该差异主要在于杏仁中含油，而油在杏仁壳中是不存在的此外，对于多光谱相机的数据，一些预处理方法并不适用例如，导数或平滑算法，如Savitzky-Golay，需要连续光谱才能表现出良好效果，而多光谱相机则无法提供连续光谱。

我们建立了两个模型来说明这一点，杏仁和杏仁壳的边缘提取准确与否，与光谱相机识别细微光谱特征的能力有关测试结果表明，高光谱数据模型（224个波段）比多光谱模型（28个波段）更准确，即边缘效应消失，小块杏仁壳没有被错误分类。

图 3：基于28和224波段的模型以及分类预测（绿色表示杏仁，蓝色表示壳）上述测试中，FX17高光谱相机具有光谱合并功能，设置后我们选择的是FX17相机的28个光谱波段来模拟多光谱相机然而，典型的多光谱相机的光谱波段可能会更少，这使得它们识别细微光谱特征的能力更低。

总结对于某些不需要整个光谱范围的应用，具有精心挑选的波段的定制多光谱相的性能与高光谱设备一样好但是，用户将失去高光谱相机提供的灵活性（用户有可能需要升级或更换不同波段的多光谱相机，以对新型异物或材料的分类）。

SPECIM  FX系列高光谱相机优势是，用户可以自由选择相关波段，FX 系列高光谱相机可以变成多光谱相机使用，而多光谱相机永远无法变成高光谱相机此外，多光谱相机并不便宜，特别是如果它们需要定制，具有相对大量的波段。

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