选择多光谱or高光谱工业相机？

 

当今机器视觉行业，相机颜色输出主要依赖bayer滤镜。但在实际应用中，对光谱的成像需求远远超出了传统的标准RGB颜色：一些应用需要非常规的 RGB 波段，另一些应用只需要人眼不可见的波长，如紫外线、近红外或短波红外。随着成像应用场景越来越复杂，有时候需要更多的光谱通道。利用分光成像进行图像处理技术的需求越来越高，而多光谱和高光谱工业相机能满足此需求。下面将介绍多光谱和高光谱工业相机以及两者如何区分。

 

普通相机在光线进入时，会将光的所有波长组合成一张图像，通过多光谱相机则可以将光源分成多光谱信息。这里的分光是指将光线分成多波长的现象。人眼只能感知可见光区域（380-780nm）的波长，而分光图像可以将相同波长分成多个波段后处理数据。

 

光谱相机内部结构如下所示。从光源进入的光线，通过镜头和光栅集中后，通过分光装置(光栅Grating)进行分光，最后传输到传感器。

光谱相机内部结构

 

根据光谱波段数量的不同，光谱相机可分为高光谱相机和多光谱相机，两者之间的主要区别在于它们记录的波段数量和波段的宽度（即光谱分辨率）。在选择相机时，需要考虑各相机的优点和缺点以及使用环境选择合适的相机。（*高光谱相机的波段数可能因型号而异）。

 

按照标准定义，高光谱相机会记录超过100 个波段，而多光谱相机记录的波段则要少一些。视觉界普遍认为具有 2 到 100 个波段的成像可以称为“多光谱”。但是这个定义没有考虑光谱范围的宽度或采样率。这意味着，如果相机覆盖 400–600 nm 的光谱范围并会记录50个波段，那么它不是高光谱相机，而如果它覆盖400–800nm 且采样率相同（意味着这次会记录 100 个波段），那么它就是高光谱相机。

 

高光谱和多光谱相机成像数据对比

高光谱成像涉及捕获和分析来自电磁波谱中大量狭窄、连续波段的数据，从而为图像中的每个像素生成高分辨率光谱。因此，高光谱相机可以提供平滑的光谱。多光谱相机提供的光谱呈现出阶梯状或锯齿状，无法精确地描绘光谱特征。

 

光谱成像提供的数据比多光谱成像更详细，因此可以更具体地分析并更准确地识别各种材料和物质。由于光谱分辨率有限，多光谱成像可能无法区分密切相关的材料。

多光谱成像由彼此离散定位的光谱带组成，它们不提供连续光谱。高光谱成像提供一段准连续范围的光谱，例如400-1100 nm，步长为 1 nm。

 

上图例子中，异物在榛子检验过程中被定位。这些异物在 NIR 中吸收更高的能量，因此在 NIR 图像中显得更暗。反观普通的 RGB 彩色图像，异物和榛子之间的差异则不明显。

 

选择高光谱or多光谱工业相机？

高光谱成像技术和多光谱成像技术都在各种研究、工业和遥感应用中广泛用于捕获和分析电磁波谱。这两种技术彼此互补，具体如何选择取决于应用要求和现有数据的级别。

 

如果应用需要涵盖的光谱波段较多，所需的光谱分辨率也较高，超出了多光谱成像技术的能力范围，那么解决方案自然就是高光谱相机。

 

如果应用涵盖特定波段，那么多光谱相机与高光谱相机都可选。这就需要用户知道检查或分析时必须涵盖的选定光谱波段数量。如果用户不知道应用的光谱要求或它们非常复杂，则最好使用高光谱相机来收集分析数据。

 

高光谱相机还提供了更大的灵活性，让用户可以在之后对机器进行升级，以便分选新的杂物或材料。有些高光谱相机可以转换为多光谱相机，而多光谱相机永远无法变成高光谱相机。

 

最后，价格是选择时考虑的一个重要方面。一般来说，高光谱相机比多光谱相机价格更高些，所需的处理能力也更多。不过，情况也并非总是如此，尤其是当需要为多光谱相机定制较多数量的波段时。