多光譜和高光譜成像是捕獲光譜分辨率高于人類(lèi)顏色感知的圖像的兩種主要方法。高光譜成像涉及狹窄的、通常是連續(xù)的光譜帶，可能包括數(shù)百或數(shù)千個(gè)光譜，而多光譜成像涉及不同帶寬的光譜帶——不一定是連續(xù)的。多光譜成像可以被認(rèn)為是高光譜成像的簡(jiǎn)化子集。這兩種互補(bǔ)的技術(shù)不存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，因此可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求在兩者之間進(jìn)行選擇。

通常，當(dāng)最終用戶(hù)知道要在某些應(yīng)用中識(shí)別或區(qū)分的對(duì)象的光譜特征時(shí)，大多選擇多光譜成像。多光譜成像的方法各不相同。它們包括將帶有單色相機(jī)、多帶通濾波器、光譜儀、棱鏡、濾光輪或可調(diào)濾波器的專(zhuān)用 LED 照明部署到機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中。多個(gè)過(guò)濾器或?qū)Ｓ脗鞲衅饕部梢耘c相機(jī)集成以進(jìn)行光譜成像。

高光譜成像是一種收集綜合光譜數(shù)據(jù)立方體的方法，可在土壤或植被遙感等應(yīng)用中進(jìn)行處理和分析。然而，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)從探索性的科學(xué)技術(shù)演變?yōu)槟軌蜻m應(yīng)不同類(lèi)型的物質(zhì)流和操作環(huán)境的技術(shù)。相關(guān)科研人員表示，如今，高光譜相機(jī)可以識(shí)別和幫助分類(lèi)不同化學(xué)成分的材料，或測(cè)量材料的質(zhì)量參數(shù)。例如，脂肪和蛋白質(zhì)在 NIR 范圍內(nèi)具有非常獨(dú)特的光譜特征，但無(wú)法在可見(jiàn)光范圍內(nèi)測(cè)量。而專(zhuān)門(mén)針對(duì)要求苛刻的工業(yè)應(yīng)用的特殊相機(jī)提供了識(shí)別潛在異物并同時(shí)測(cè)量蛋白質(zhì)和脂肪含量的能力。

水果檢測(cè)

多光譜和高光譜成像技術(shù)都非常適合食品檢測(cè)應(yīng)用，但方式不同。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以檢查藍(lán)莓、蘋(píng)果或草莓等水果的質(zhì)量?？梢酝ㄟ^(guò)關(guān)注 RGB 和近紅外 (NIR) 波段中的特定波段來(lái)完成此類(lèi)任務(wù)。

在可見(jiàn)光通道中，系統(tǒng)可以查看表面缺陷，然后在第一個(gè) NIR 波段使用 760 或 780 nm LED 來(lái)識(shí)別水果的輪廓，并在藍(lán)莓等水果上發(fā)現(xiàn)難以看到的瘀傷。然后，帶有 850 或 940 nm LED 的波段可以查看成熟度和水分含量。

然而，某些食品檢測(cè)則超出了多光譜成像的能力。例如，鱷梨檢查涉及對(duì)脂肪含量的非常詳細(xì)的分析，這項(xiàng)任務(wù)非常適合高光譜成像技術(shù)。

在最佳成熟期收獲鱷梨可確保較高的水果質(zhì)量。但是，由于在采摘季節(jié)開(kāi)始時(shí)，考慮到儲(chǔ)藏期，采摘者會(huì)傾向采摘一些未完全成熟的水果。但是這樣，鱷梨的味道和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值則會(huì)受到影響。另一方面，過(guò)晚采摘的過(guò)熟鱷梨的保質(zhì)期較短，并且增加了疾病風(fēng)險(xiǎn)。所以，預(yù)測(cè)鱷梨的質(zhì)量很困難。高光譜相機(jī)可以檢測(cè)和預(yù)測(cè)肉眼不可見(jiàn)的變化。然后可以構(gòu)建和應(yīng)用預(yù)測(cè)模型來(lái)檢測(cè)水果及其變質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)最高的部分。這些相機(jī)的工作范圍包括 SWIR、VNIR、NIR 和 MWIR，包括 FX10(400 至 1000 nm)和 FX17(900 至 1700 nm)。

到底選擇多光譜相機(jī)，還是高光譜相機(jī)?

在決定為給定應(yīng)用程序使用多光譜還是高光譜相機(jī)(或兩者兼而有之)時(shí)，它歸結(jié)為已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)級(jí)別。如果系統(tǒng)集成商或最終用戶(hù)知道有一些光譜帶將為檢查或分析提供最高級(jí)別的細(xì)節(jié)，那么就可選擇多光譜成像。在需要比多光譜成像提供的光譜帶更多的光譜帶的情況下，高光譜成像更為適合。此外，當(dāng)用戶(hù)不知道應(yīng)用程序的光譜要求或想要收集可以稍后分析的數(shù)據(jù)立方體時(shí)，高光譜成像技術(shù)可以提供幫助。

在農(nóng)民可能引入需要檢查的新水果的情況下，部署這兩種選項(xiàng)可能是有意義的。高光譜相機(jī)可以識(shí)別最佳光譜通道，多光譜相機(jī)可以在這些波段進(jìn)行更高速的檢測(cè)。