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多光谱与高光谱成像技术有什么区别?

发布时间:2023-04-07
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多光谱、高光谱成像技术的区别光谱分析作为自然科学分析的重要手段,常常用来检测物体的物理结构、化学成分等指标。

多光谱、高光谱成像技术的区别光谱分析作为自然科学分析的重要手段,常常用来检测物体的物理结构、化学成分等指标。

传统的光谱分析是通过待测物体的自发光或与光源的相互作用来分析物体的。从空间维度来看,传统的光谱分析主要针对单点位置。图像光谱测量结合了光谱技术和成像技术,结合了光谱分辨能力和图形分辨能力,创造了空间维度的表面光谱分析,即当前的多光谱成像和高光谱成像技术。

以下是光谱、多光谱和高光谱之间的区别:

光谱(Spectrum):复色光通过色散系统(如棱镜、光栅)分离成单色光,通过成像系统投射到探测器上,成为根据波长(或频率)大小排列的图案,称为光谱。

根据波长的不同,光波有不同的名称:波长在380和780nm之间的光波称为可见光,短于380nm的光波称为紫外线;长于780nm的是红外线(红外线分为近红外线、中红外线、远红外线等)。

多光谱技术(Multispectral):它是一种光谱探测技术,可以同时获得多个光学频谱波段(通常大于或等于3个),并在可见光的基础上向红外光和紫外光扩展。常见的实现方法是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,并通过各种滤光片或分光器与数字图像传感器的组合获得几张不同光谱带的照片。

最常见的多光谱照片是彩色相机拍摄的照片,如下图所示,它包含了红色(1)、绿色(2)和蓝色(3)三个光谱波段的信息。如果在相机或探测器上添加更多的频带,如频带(4)和(5),您可以获得多个频带的多光谱照片。

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结合成像硬件,多光谱技术可以图像形式呈现多光谱信息。当然,只能使用探测器获取单个空间点的光谱信息。

高光谱成像(Hypespectral):它是一种精细的技术,可以逐点捕获和分析一个空间区域中的光谱。因为它可以检测到单个对象不同空间位置上独特的光谱“特征”,所以它可以检测到视觉上无法区分的物质。

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高光谱示例:图像由较窄的波段(10-20nm)组成。高光谱成像可能有数百或数千个波段。例如,人眼只能接收三个光谱频段中物体的光能信号:红色、绿色和蓝色。也就是说,我们通常称之为发光三原色,但我们无法区分纯黄色和红绿色混合色的区别,这也被称为“同色异谱”。高光谱成像很容易区分区别。

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在上图中,有两种黄色,一种是“纯色”,另一种是红色和绿色的混合物,可能无法在视觉上区分,但由于它们的光谱差异,光谱设备可以区分。

高光谱成像技术因其高精度、多波段、信息丰富等特点,广泛应用于科研、精准农业、生态环境、工业检测、智能检测、食品安全、便携式伪造鉴定、消费电子等领域,为各领域的研究和应用开辟了新的途径。

这么多光谱和高光谱成像有什么区别?总结如下:

①波段数不同

多光谱图像通常指3到20个波段;高光谱图像可能有数百或数千个波段。

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②光谱分辨率不同

多光谱的光谱分辨率较低。由于波段较宽,可以捕获相对较少的信息;高光谱由较窄的波段(10-20nm)组成,具有较高的光谱分辨率,可以检测物体的光谱效果,提供丰富的信息量和较大的应用开发空间。

③采集速度不同

多光谱成像采集速度相对较快,高光谱成像采集波段较多,采集速度略慢。

④复杂程度不同

由于波段数量的限制,多光谱的复杂性较低,更容易理解和应用,而高光谱需要更多的工作来处理。

多光谱和高光谱成像是捕捉光谱分辨率高于人眼感知图像的两种主要方法。高光谱成像涉及狭窄的光谱带,通常是连续的光谱带,包括数百或数千个光谱,而多光谱成像涉及不同带宽的光谱带——不一定是连续的。多光谱成像可以被认为是高光谱成像的简化子集。这两种互补技术之间没有竞争,因此可以根据实际应用需要进行选择。

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