光譜技術作為自然科學分析的重要手段，常用于檢測物體的物理結構、化學成分等指標。

????傳統的光譜分析是通過待測物體的自發光或與光源的相互作用來分析的。從空間維度來看，傳統的光譜分析主要針對單點位置。圖像光譜測量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，創造了空間維度的面光譜分析，即當前的多光譜成像和高光譜成像技術。

今天我們將討論光譜、多光譜和高光譜之間的區別？

光譜（Spectrum）?：復色光通過色散系統（如棱鏡、光柵）分離成單色光，通過成像系統投射到探測器上，根據波長（或頻率）排列，稱為光學頻譜。?

海洋光學光譜儀是基于這一原理設計制造的。

根據波長的不同，光波有不同的稱謂：波長在380和780nm之間的光波稱為可見光，短于380nm稱為紫外光；長于780nm紅外光(紅外光分為近紅外、中紅外、遠紅外等。

多光譜技術（Multispectral）：它是一種光譜探測技術，可以同時獲得多個光學頻譜波段（通常大于或等于3個），并在可見光的基礎上向紅外光和紫外光擴展。常見的實現方法是通過各種濾光器或分光器和各種光敏膠片的組合，接收同一目標在不同窄光譜波段范圍內輻射或反射的光信號，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拍攝的照片，如下圖所示，它包含了紅色（1）、綠色（2）和藍色（3）三個光譜波段的信息。如果在相機或探測器上添加更多的頻帶，如頻帶（4）和（5），您可以獲得多個頻帶的多光譜照片。

?結合成像硬件，多光譜技術可以圖像形式呈現多光譜信息。

????當然，只能使用探測器獲取單個空間點的光譜信息。海洋光學品牌Pixelteq9.具有獨特的芯片濾光技術*9cm在芯片上獲取8個通道的光譜信息，特別適用于空間和成本要求高的應用。

高光譜成像（Hypespectral）：它是一種精細的技術，可以逐點捕獲和分析一個空間區域中的光譜。因為它可以檢測到單個對象不同空間位置上獨特的光譜特征，所以它可以檢測到視覺上無法區分的物質。

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百或數千個波段。

非成像光譜分析設備(如光譜儀)接收物體與光源的光相互作用后，設備能準確反映光譜頻帶上接收到的光信號分布的強度差，即光譜信息。????使用高光譜設備時，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位置的分布，即高光譜設備可以獲得更豐富的細節信息。

?例如，人眼只能在三個光譜頻段中接收物體的光能信號：紅色、綠色和藍色。也就是說，我們通常稱之為發光三原色，但事實上，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分區別。

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分，但由于光譜差異，光譜設備可以區分。

當我們進行測試時，使用光譜儀獲得的數據代表了所有分子在整個探測范圍內相互作用的光的平均值；使用多光譜設備在幾個特定頻帶上獲取樣品信息。因此，這兩種設備都不能在單個區域提供非常精細的樣品信息。

高光譜成像儀（HSI）它可以與數百或數千個單點光譜儀緊密排列在一起，同時關注一個區域。每個光譜儀獨立工作，獲取自己位置的光譜信息。HSI輸出的數據是圖片或視頻流。這些圖片或視頻中的每個像素都有自己的光譜，每個光譜都包含數百個光譜頻帶。

高光譜成像技術的全光譜功能允許人們在場景中的每個可分辨空間位置上看到光譜信號，即獲得更多維度的信息。因此，高光譜成像具有豐富的應用場景，包括藝術鑒定、作物健康、海岸線測繪、森林、礦物勘探、城市和工業基礎設施、生產線產品質量、環境監測等。

?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，x和y?代表像素空間的位置，t?=隨時采集。

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

高光譜與多光譜的區別：

很多時候，材料的反射率特征光譜比波長的變化可能非常復雜，而其他微小特征可能無法區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）識別無法區分的物質。原因是高光譜有更多的光譜頻帶，因此更復雜的指紋特征可以通過更高的光譜分辨率準確地獲得。

使用高光譜成像儀的原理：

????高光譜成像主要用于測量光與物質相互作用后的反射光，因此也是一種表面測量技術。Headwall的Hyperspec?HSI屬于線掃描設備，可通過狹長入口觀察場景，稱為儀器狹縫。狹縫捕獲一行場景，并通過傳感器獲取一行場景中每個點的光譜信息。將儀器的狹縫瞄準到感興趣的區域，或將移動物體掃描到儀器的前面（例如，帶有產品的傳送帶），然后成像整個場景，并在整個場景中獲個點的光譜信息。

???室外使用高光譜成像儀（HSI）太陽是照亮感興趣區域或物體的寬光譜光源。HSI通常安裝在無人飛機上（U?**?）與有人駕駛飛機掃描大面積區域，或安裝在帶旋轉平臺的三腳架或其他堅固的地面支架上進行靜態掃描。在室內使用高光譜傳感器時，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據。

?Headwall高光譜成像系統的核心是使用高質量的全息衍射光柵與其他成像光學元件形成獲取光譜（中心圖片）。從左上角順時針開始的圖片是：航空遙感高光譜成像系統集成在輕型無人機上的測量成像系統；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；以及用于高光譜成像的掃描套件。

典型應用：

???高光譜設備可以檢測人眼看不見的紅外漆或染料。同樣，與多光譜系統相比，60或300波段HSI該系統可以提供更豐富的材料反射光譜信息，以實現更準確的物質表征檢測。如下圖所示，將一個新鮮的動物組織放置在傳送帶上的圖像和光譜信息：

不同區域的光譜圖：

（a）標記在組織樣品上的純脂肪區、大理石圖案和純瘦肉區；

（b）標記在（a）不同區域的光譜圖。

此外，我們還可以提供一個直觀的軟件程序，對具有獨特光譜特征的不同物質進行成像分析、分類和可視化。無論這些數據是從空氣、地面還是實驗室獲得的，你都可以在電腦屏幕上看到可能無法用眼睛區分的細節。?

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