光谱技术相关内容
在当今科学技术飞速发展的时代，光谱分析已然成为自然科学分析领域中重要的关键手段，其在检测物体的物理结构、化学成分等方面发挥着极为重要的作用。而图像光谱测量技术更是在此基础上，创新性地把光谱技术与成像技术有机融合，成功达成了光谱分辨能力与图形分辨能力的完美结合，进而开创了空间维度上的面光谱分析新时代，这便是如今备受瞩目的多光谱成像和高光谱成像技术。
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光谱的奥秘
光谱，作为复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散分离成的单色光，通过成像系统投射在探测器上，形成按波长（或频率）大小依次排列的独特图案，这一图案被称为光学频谱。在众多光谱测量仪品牌中，景颐光电旗下的JY2000光谱测量仪表现出色。它采用线阵CCD探测器，具备高量子效率，同时搭配可编程增益放大和高速16位AD转换，拥有较大的动态范围，是一款性价比不错的光谱测量仪。其携带方便，适用于搭建多种光谱测量，如光谱测量分析、光谱反射率检测、光谱透光率测量、光谱荧光检测等。该光谱测量仪的波段覆盖范围广泛，有紫外 - 可见（200 - 850nm）或可见 - 近红外（400 - 1100nm）两种选择，用户还可根据自身需求进行定制。
光波依据波长的不同，有着不同的称谓。波长处于380和780nm之间的光波被定义为可见光，而短于380nm的光波则被称为紫外光，长于780nm的光波则属于红外光范畴，红外光又可进一步细分为近红外、中红外、远红外等。
多光谱技术的应用与实现
多光谱技术，是一种能够同时获取多个光学频谱波段（通常大于等于3个），并在可见光的基础上向红外光和紫外光两个方向拓展的光谱探测技术。其常见的实现方式是通过各种滤光片或分光器与多种感光胶片的巧妙组合，使得在同一时刻，能够分别接收同一目标在不同窄光谱波段范围内辐射或反射的光信号，从而得到目标在多张不同光谱带的照片。
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在我们的日常生活中，彩色相机拍摄的照片便是常见的多光谱照片示例。从频谱角度来看，它包含了红色、绿色和蓝色三个光学频谱波段的信息。倘若在相机或者探测器上增加更多的频带，如频带，那么便可以获得一个包含多个频带的多光谱照片。多光谱技术与成像硬件相结合，能够以图像的形式清晰地呈现多光谱信息。当然，也可以仅利用探测器来获取单个空间点位的光谱信息。例如，景颐光电在光谱技术领域不断创新，旗下产品在多光谱信息获取方面具有良好的性能，能够满足不同用户的多样化需求。
高光谱成像的独特魅力
高光谱成像，是一种能够精细捕获和深入分析一片空间区域内逐点光谱的技术。由于其具备检测单个对象不同空间位置上独特光谱“特征”的能力，因此能够检测到那些在视觉上难以区分的物质。高光谱图像通常由更窄的波段（10 - 20nm）组成，可能包含数百甚至数千个波段。
当物体与光源的光相互作用后，被非成像光谱分析设备（如光谱测量仪）接收，设备能够精确地反映出接收到的光信号在光谱频带上分布的强度差异，即光谱信息。而使用高光谱设备时，从成像特性角度而言，可以清晰地了解到样品各个位置的光谱信息；从光谱特性角度来看，则能够知晓在特定光谱带内的信号位置分布。这意味着高光谱设备能够获取更为丰富、详细的细节信息。
例如，人眼只能接收红色、绿色和蓝色这三个光谱频段中物体的光能量信号，也就是我们常说的发光三原色。然而，事实上我们能够看到由这三种颜色组合产生的诸如橙色、紫色、青绿色等更细微的色彩。但对于纯黄色和红绿二色的混合色，我们的眼睛却无法区分，这便是所谓的“同色异谱”现象。而高光谱成像技术却能够分辨其中的差异。
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在实际试验中，使用光谱测量仪得到的数据代表的是在整个被探测范围内同入射光源相互作用的所有分子发出的光的平均值；使用多光谱设备则可以获取被探测范围内各点在几个特定频带上的样品信息。因此，这两种设备在提供单个区域内非常精细的样品信息方面均存在一定的局限性。
高光谱成像仪（HSI）可以形象地类比为数百或数千个单点光谱测量仪紧密排列在一起，并同时聚焦于一片区域。每个光谱测量仪都独立工作，获取自己所在位置的光谱信息。从HSI输出的数据是图片或者视频流，这些图片或者视频中的每个像素都拥有自己独特的光谱，并且每一张光谱都包含数百个光谱频带。
高光谱成像技术的这种“全光谱”功能，使得人们能够看到一个场景中每一个可分辨的空间位置上的光谱信号，从而获得更多维度的信息。正是由于其独特的优势，高光谱成像技术在众多领域都有着广泛的应用场景，包括艺术品鉴别、农作物健康监测、海岸线测绘、森林资源调查、矿物勘探、城市和工业基础设施检测、生产线产品质量控制、环境监控等等。
高光谱的扫描方法与成像效果
高光谱的扫描方法通常采用频谱线扫描采集，其示意图中，λ代表波长，x和y代表像素空间位置，t表示随时间的采集。在传感器（焦平面阵列（FPA））所在的焦平面上，会形成狭缝图像以及分光后的光谱信息。
高光谱与多光谱的区别
在实际应用中，很多时候材料的反射率特征光谱相对于波长的变化极为复杂，而其他一些微小特征使用较为粗糙的多光谱成像方法可能无法准确分辨。例如，在某些情况下，使用多光谱成像无法识别的物质，通过使用高光谱成像却能够清晰地分辨出来。这是因为高光谱具有更多的光谱频带，能够通过更高的光谱分辨率准确地获取更复杂的指纹特征。
高光谱成像的典型应用
高光谱设备在许多领域都展现出了其独特的应用价值。例如，它可以检测人眼不可见的红外特定油漆或染料。与多光谱系统相比，60或300波段的HSI系统能够提供丰富的材料反射光谱信息，从而实现更精准的物质表征检测。在实验室中，将一片新鲜动物组织放置于传送带上，使用高光谱成像仪能够获取到其图像和光谱信息。通过对不同区域的光谱图进行分析，可以清晰地看到组织样品上纯脂肪区域、大理石花纹和纯瘦肉部分的区域差异。
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此外，景颐光电还为用户提供直观的软件程序，用于对具有独特光谱特征的不同物质进行成像分析、分类和可视化。无论这些数据是从空中、地面还是在实验室中获得，用户都能够在计算机屏幕上看到那些可能无法用肉眼分辨的细节，为科研和实际应用提供了有力的支持。
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