高光譜相機(jī)和多光譜相機(jī)之間的主要區(qū)別在于它們所記錄的波段數(shù)量以及波段的寬度，即光譜分辨率。

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根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)定義，高光譜相機(jī)能夠記錄超過(guò)100個(gè)波段，而多光譜相機(jī)則能記錄更少的波段。然而，這個(gè)定義并沒(méi)有考慮到光譜范圍的寬度或者采樣率的因素。這意味著，如果一個(gè)相機(jī)能夠覆蓋400nm-600 nm的光譜范圍并且可以記錄50個(gè)波段，那么它就被歸類為多光譜相機(jī)；而如果同樣的相機(jī)能夠覆蓋400nm-800 nm的光譜范圍，并且具有相同的采樣率（即能夠記錄100個(gè)波段），那么它就會(huì)被歸類為高光譜相機(jī)。

本文更加關(guān)注光譜分辨率（半峰全寬）方面，強(qiáng)調(diào)相機(jī)區(qū)分兩個(gè)連續(xù)光譜譜峰的能力。

高光譜成像涉及捕獲和分析來(lái)自電磁波譜中大量狹窄且連續(xù)的波段數(shù)據(jù)，從而為圖像中的每個(gè)像素生成高分辨率的光譜。因此，高光譜相機(jī)可以提供平滑的光譜。相比之下，多光譜相機(jī)所提供的光譜呈現(xiàn)出階梯狀或者鋸齒狀，無(wú)法精確地描繪光譜特征。

光譜成像技術(shù)提供的數(shù)據(jù)比多光譜成像更為詳細(xì)，因此可以更精確地分析和識(shí)別各種材料和物質(zhì)。然而，由于光譜分辨率的限制，多光譜成像可能無(wú)法準(zhǔn)確區(qū)分相近的材料。

市場(chǎng)上大多數(shù)多光譜相機(jī)的光譜范圍受限于400nm-1000 nm之間，波段數(shù)量通常為4-5個(gè)。這些限制對(duì)于多種應(yīng)用具有重要影響。

為了說(shuō)明高光譜相機(jī)相較于多光譜相機(jī)的優(yōu)勢(shì)，我們研究了從杏仁中分離杏仁殼的過(guò)程。這是一個(gè)典型的應(yīng)用，需要高度準(zhǔn)確地識(shí)別外觀非常相似的不同材料的能力。

高光譜相機(jī)相比多光譜相機(jī)在光譜范圍方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

反射、吸收和發(fā)射特性形成的光譜與待測(cè)材料的分子組成密切相關(guān)。表1列出了常見(jiàn)物質(zhì)分子鍵的光譜共振頻率，這是由于共振頻率產(chǎn)生的光譜指紋效應(yīng)。

根據(jù)表格數(shù)據(jù)，許多應(yīng)用需要使用700nm-2500nm的光譜范圍。特別是與食品質(zhì)量評(píng)估和塑料分選相關(guān)的應(yīng)用，1100nm-1700nm的光譜范圍是必需的。然而，限制在400nm-1000nm范圍內(nèi)的多光譜相機(jī)不適用于這些應(yīng)用。

關(guān)于高光譜成像與RGB相機(jī)對(duì)比的研究顯示，RGB相機(jī)在分選堅(jiān)果和開(kāi)心果時(shí)表現(xiàn)不佳。相比之下，Sinespec SP130表現(xiàn)出較好的性能，而Sinespec SP160A具有最高的分選精度。

高光譜相機(jī)相比多光譜相機(jī)在波段數(shù)量方面具有優(yōu)勢(shì)。考慮到這一點(diǎn)，我們利用Sinespec SP160A相機(jī)對(duì)杏仁和杏仁殼進(jìn)行了比較研究。在第一個(gè)數(shù)據(jù)集中，我們涵蓋了900nm-1700nm的光譜范圍并記錄了224個(gè)波段，而在第二個(gè)數(shù)據(jù)集中，我們僅使用了28個(gè)合并波段（即將連續(xù)的光譜波段進(jìn)行合并）來(lái)模擬多光譜相機(jī)的效果。

根據(jù)圖1和圖2所示，與僅使用28個(gè)波段描述的光譜相比，與224個(gè)波段數(shù)據(jù)集相關(guān)的光譜更加平滑。在高光譜數(shù)據(jù)中，還可以識(shí)別微小但重要的光譜差異，以實(shí)現(xiàn)將杏仁與杏仁殼進(jìn)行區(qū)分。

換句話說(shuō)，由于只能獲取28個(gè)波段的信息，因此無(wú)法獲得區(qū)分杏仁和杏仁殼所需的完整光譜信息。

圖1展示了使用224個(gè)波段和28個(gè)波段描繪的杏仁殼和杏仁的光譜情況。

圖2顯示了在使用224個(gè)和28個(gè)波段條件下，通過(guò)Sinespec SP160A采集到的杏仁的光譜。紫色圓圈突出顯示了由于杏仁中存在油脂而杏仁殼中不存在油脂所導(dǎo)致的光譜差異。

一些預(yù)處理方法也不適用于多光譜數(shù)據(jù)，例如，Savitzky-Golay等導(dǎo)數(shù)或平滑算法需要連續(xù)光譜才能發(fā)揮良好效果，而多光譜傳感器無(wú)法提供連續(xù)光譜。

根據(jù)所述，通過(guò)構(gòu)建兩個(gè)模型來(lái)說(shuō)明與能否準(zhǔn)確描繪光譜特征相關(guān)的要點(diǎn)。高光譜模型覆蓋了224個(gè)波段，比僅覆蓋28個(gè)波段的多光譜模型更準(zhǔn)確。在高光譜數(shù)據(jù)中，邊緣效應(yīng)消失，甚至能夠正確分類最小的杏仁殼碎片。

圖3展示了杏仁和杏仁殼在RGB、多光譜（28個(gè)波段）和高光譜（224個(gè)波段）下的圖像，其中綠色代表杏仁，藍(lán)色代表杏仁殼。

本研究選擇了28個(gè)光譜波段來(lái)模擬多光譜相機(jī)。然而，典型多光譜相機(jī)涵蓋的光譜波段明顯更少，這進(jìn)一步降低了它們描繪精細(xì)光譜特征的能力。

在高光譜成像與多光譜成像之間如何作出選擇呢？

高光譜成像技術(shù)和多光譜成像技術(shù)都在各種研究、工業(yè)和遙感應(yīng)用中廣泛使用，用于捕獲和分析電磁波譜。這兩種技術(shù)互補(bǔ)性強(qiáng)，具體選擇取決于應(yīng)用要求和現(xiàn)有數(shù)據(jù)的級(jí)別。

如果應(yīng)用需要處理的光譜波段較為廣泛，且所需的光譜分辨率超出了多光譜成像技術(shù)的能力范圍，那么高光譜相機(jī)便是理想的解決方案。

對(duì)于不需要涵蓋整個(gè)光譜范圍的應(yīng)用，定制的多光譜相機(jī)可以像高光譜相機(jī)一樣表現(xiàn)出色，前提是用戶清楚知道在檢查或分析過(guò)程中必須涵蓋的選定光譜波段數(shù)量。然而，如果用戶對(duì)應(yīng)用的光譜要求不了解或這些要求非常復(fù)雜，那么最好采用高光譜相機(jī)來(lái)收集和分析數(shù)據(jù)。

高光譜相機(jī)還具備更大的靈活性，使用戶能夠在未來(lái)對(duì)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，以便適應(yīng)新的雜物或材料的分選需求。在使用Sinespec SPX相機(jī)時(shí)，用戶可以自由選擇相關(guān)的波段。實(shí)際上，Sinespec SPX高光譜相機(jī)可以轉(zhuǎn)換為多光譜相機(jī)，但多光譜相機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換。

在決定高光譜相機(jī)和多光譜相機(jī)的選擇時(shí)，價(jià)格是一個(gè)重要的考慮因素。一般情況下，高光譜相機(jī)的價(jià)格高于多光譜相機(jī)，并且需要更高的處理能力。但在某些特殊情況下，如需要定制大量波段的多光譜相機(jī)，這一情況可能會(huì)發(fā)生變化。