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2026-05-12 17:04 |
光谱成像技术如何重塑视觉边界？
在光谱产业专题中我们简单了解了光谱以及光谱成像应用的生活化场景，而深入了解光谱成像技术可以了解到它的分类方式丰富多样，不同的分类标准下，展现出各具特色的技术类型。这些分类不仅反映了光谱成像技术的发展历程和内在逻辑，更决定了它们在不同应用场景中的独特优势。 jA~omX2A
一、基础概念 ?8< =.,r
要更深入地了解光谱，波长、波段、波段数与光谱分辨率是至关重要的基础概念，它们相互关联，共同决定了光谱数据的特性和应用价值。 L*4= b
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波长是指电磁波（如可见光、红外线等）的振动周期长度，通常用纳米（nm）为单位表示。不同物质对不同波长的光具有独特的吸收、反射特性，这是光谱分析的基础。波长决定了光的颜色（可见光）或类型（如红外线、紫外线等不可见光），就像音调高低由声波波长决定一样。 )"{}L.gC6
波段是人为划分的电磁波波长范围区间，用于分类或研究特定波长范围的光。例如： d 1t_o2
可见光波段：380-780nm Lc]hwMGR*
近红外波段：780-1500nm N:# $S$
波段数是指传感器能够同时记录的波段数量。波段数越多，每个波段的宽度越窄，能够区分更细微的光谱差异。 R3piI&u
光谱分辨率指成像仪或传感器能区分的最小波长间隔。相当于光谱仪的“视力清晰度”。例如光谱分辨率为1nm，代表设备可分辨出300nm以及301nm的光。成像的波段范围，分得越细，波段越多，光谱分辨率越高，越高的光谱分辨率可更容易区分和识别目标性质和组成成分。 eOXu^M>:F
二、按光谱分辨率分类 0(Z:QqpU$
（1）多光谱成像仪 i|/G!ht^e
获得的目标物的波段数在3~12之间，光谱分辨率一般在10nm-30nm，主要用于农作物分类等方面。 C{G=Y[?oc
（2）高光谱成像仪 BNr%Q:Q
获得的目标物的波段数在100~200之间，光谱分辨率在10nm左右，被广泛用于矿物勘探、医学肿瘤边界检测、工业质检中。 {,T= Siy
（3）超光谱成像仪 2\|sXC
获得的目标物的波段数在1000~10000之间，光谱分辨率在1nm以下，通常用于大气微粒探测等精细探测领域及实验室级分子光谱分析中。 #}~?8/h!
三、按技术原理分类 @7Ln1v
（1）色散型（根据色散原理） v6! `H
通过棱镜或光栅分光，直接分离不同波长的光。该技术成本低廉，能够同时对所有波长进行成像，技术比较成熟。但同一时刻只能获得一条线的影像，光谱分辨率容易受到狭缝宽度的限制，很难做到5nm以下。通常应用于工业线扫描相机、医学影像等。 Hv :~)h$
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（2）滤光片型（根据窄带滤波原理） g1 y@z8Z{
在普通相机前安装滤光片，利用滤光片的特性，让特定波长范围内的光线通过，从而实现对不同波长光线的选择和测量。光学布局简单，价格相对较低。但无法获取连续谱段的图像，存在实时性问题，且高质量高光谱分辨率的滤光片制造难度大且价格昂贵。适用于对光谱分辨率要求不高、成本预算有限的应用场景，如一些简单的颜色测量、多光谱探测等领域。 UMF M.GI
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（3）干涉型（根据傅里叶变换原理） IeA/<'U s
利用迈克尔逊干涉仪或傅里叶变换重构光谱，通过对探测器得到的干涉图进行傅里叶变换获得待测光谱。光谱分辨率较高，具有高通量、多通道和较大视场等优点。但对加工精度、装调精度和外界振动要求较高，必须扫描全程获得整个范围的谱图，不能直接获得某一波段或某一波长的谱图，使用灵活性较差。应用于实验室光谱仪、高精度遥感。 V,[[# a)y
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（4）计算层析型（根据计算重建原理） R `ob;>[Q
借用计算机断层扫描的原理，与成像光谱技术相结合，探测目标数据立方体的一个投影或者多个投影方向的投影图像，然后由这些投影图像重建目标的光谱信息和空间图像信息。在光谱与图像的快速探测、无视场扫描、高通量、性能稳定等方面具有显著特征，能够对空间位置和光谱特性瞬时变化的二维目标进行光谱成像，得到目标的空间信息和光谱信息。但成本较高，技术复杂，图像重建算法的理论和工程实现存在一定难度，目前的研究多数处于实验室的仿真模拟和实验阶段。应用于动态场景检测，如活体细胞代谢追踪。 ! mwMSkkq
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三、按数据采集方式分类 $ER$|9)KD
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四、按应用波段分类 o~4kJW #
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（1）可见光-近红外（VIS-NIR, 380-1500nm） z
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应用于农业叶绿素检测、医学皮肤成像、消费电子，如手机多光谱传感器。 _pvt,pW
（2）短波红外（SWIR, 1500-2500nm） M-+!z5 q~d
应用于矿物成分分析、塑料分拣、夜间农业检测，如植被水分评估等。 M9~'dS'XI
（3）中波红外（MWIR, 3-5μm） R@>^t4#_Q0
应用于工业热成像、军事目标识别，如伪装探测等。 gd 7! +6
（4）长波红外（LWIR, 8-14μm） 6-5{7 E}/b
应用于天文观测、大气成分分析，如温室气体检测等。 od,,2pwK+
结语 KRP6b:+4L
光谱的精细分类不仅揭示了物质与能量的本质联系，更推动了从微观粒子到宏观宇宙的跨尺度探索，每一波段都是自然法则的独特注脚。人类对光谱的解析，既是对物理规律的解码，也是技术创新的源泉，光谱技术始终在科学探索与实际应用间架起桥梁。未来，随着探测器灵敏度的突破与多波段融合技术的发展，光谱分析将继续在生命科学、材料工程、气候变化等前沿领域释放无限可能，成为人类认知世界、改造世界的核心工具之一。 +J
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文章转载自CMOS相机技术与应用产业园，仅分享，侵权删。 .;,,{ ;
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