多光譜和高光譜成像是捕獲光譜分辨率高于人類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)技術(shù)并不相互競(jìng)爭(zhēng)，因此在它們之間進(jìn)行選擇取決于應(yīng)用程序需求。

通常，當(dāng)最終用戶知道要在某些應(yīng)用中識(shí)別或區(qū)分的物體的光譜特征時(shí)，多光譜成像可以提供幫助。多光譜成像的方法各不相同。其中包括在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中部署帶有單色相機(jī)、多帶通濾光片、光譜儀、棱鏡、濾光輪或可調(diào)濾光片的專用 LED 照明。多個(gè)濾光片或?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，可以在以后進(jìn)行分析，以用于土壤或植被遙感等應(yīng)用。然而，該技術(shù)已經(jīng)從探索性科學(xué)技術(shù)發(fā)展成為能夠適應(yīng)不同類型的物質(zhì)流和操作環(huán)境的技術(shù)。如今，高光譜相機(jī)可以識(shí)別并幫助分類具有不同化學(xué)含量的材料或測(cè)量材料的質(zhì)量參數(shù)。

“例如，脂肪和蛋白質(zhì)在近紅外范圍內(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，專門針對(duì)要求苛刻的工業(yè)應(yīng)用的高光譜相機(jī)能夠識(shí)別潛在的異物并同時(shí)測(cè)量蛋白質(zhì)和脂肪含量。”

互補(bǔ)技術(shù)

當(dāng)應(yīng)用的光譜要求未知或非常復(fù)雜時(shí)(例如，當(dāng)它們超出典型多光譜成像傳感器的能力或成本效益時(shí))，高光譜成像也是一個(gè)理想的選擇。

“多光譜成像的局限性正是高光譜成像的優(yōu)勢(shì)，反之亦然，”他說(shuō)。“高光譜成像永遠(yuǎn)是探索性工作的首選，速度、成本和復(fù)雜性都不那么重要，一旦需要建立生產(chǎn)系統(tǒng)，多光譜成像系統(tǒng)就是探索的自然衍生品?！?/p>

然而，值得注意的是，分揀行業(yè)的許多機(jī)器制造商都部署了高光譜相機(jī)，能夠幫助每小時(shí)高精度地分揀大量材料。例如，在水果檢測(cè)等應(yīng)用中，高光譜成像分析可以隔離最適合檢測(cè)系統(tǒng)的三到五個(gè)光譜通道。

水果檢驗(yàn)

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。此類任務(wù)可以通過(guò)關(guān)注 RGB 和近紅外 (NIR) 波段中的特定波段來(lái)完成。

在可見(jiàn)光通道中，系統(tǒng)可以查看表面缺陷，然后使用第一個(gè) NIR 波段中的 760 或 780 nm LED 來(lái)識(shí)別水果的輪廓，并發(fā)現(xiàn)藍(lán)莓等水果上難以看到的瘀傷。然后，帶有 850 或 940 nm LED 的波段可以檢測(cè)成熟度和水分含量。另一方面，某些食品檢測(cè)應(yīng)用超出了多光譜成像的能力。例如，鱷梨檢查涉及對(duì)脂肪含量進(jìn)行非常詳細(xì)的分析，這項(xiàng)任務(wù)非常適合高光譜成像技術(shù)。

在最佳成熟度時(shí)收獲牛油果對(duì)于確保高品質(zhì)水果非常重要。然而，在采摘季節(jié)開(kāi)始時(shí)，水果的價(jià)格較高，因此收割者可能會(huì)傾向于采摘未成熟的水果，因?yàn)檫@些水果不會(huì)完全成熟。結(jié)果，鱷梨的味道和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值都會(huì)受到影響。另一方面，過(guò)熟的牛油果采摘得太晚，保質(zhì)期較短，而且患病的風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)增加。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。然后可以建立預(yù)測(cè)模型并應(yīng)用于檢測(cè)最容易變質(zhì)的水果及其部分。

做出選擇

當(dāng)決定針對(duì)給定應(yīng)用是否使用多光譜相機(jī)或高光譜相機(jī)(或兩者)時(shí)，這取決于現(xiàn)有數(shù)據(jù)的水平。如果系統(tǒng)集成商或最終用戶知道有一定數(shù)量的光譜帶可以為檢查或分析提供最高水平的細(xì)節(jié)，那么多光譜成像就適合。在需要比多光譜成像所能提供的更多光譜帶的情況下，高光譜成像適合這項(xiàng)工作。此外，當(dāng)用戶不知道應(yīng)用程序的光譜要求或想要收集稍后分析的數(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，部署這兩種選擇可能是有意義的。高光譜相機(jī)可以識(shí)別最佳光譜通道，多光譜相機(jī)可以在這些波段執(zhí)行更高速的檢查。