
高光谱成像仪是融合成像技术与光谱探测技术的精密光学设备,也就是大家常说的高光谱相机。和普通 RGB 相机、多光谱设备不一样,它可以同时获取目标的二维空间图像信息与每个像素点连续的光谱信号,形成三维数据立方体,业内常称之为图谱合一。简单理解,普通相机只能记录物体表面的色彩外观,而高光谱成像仪可以捕捉物质独有的光谱特征,就像获取物质的光谱指纹,用来识别肉眼无法分辨的成分差异、内部状态变化,这项技术如今已经广泛应用于科研实验、农业监测、工业质检、生态遥感等多个领域。
很多刚接触这项技术的用户,很容易混淆高光谱成像仪和普通光谱仪。常规地物光谱仪只能采集单点的光谱曲线,没有对应的图像信息;而高光谱成像仪,图像上每一个像素位置都附带一条完整光谱曲线,不仅可以知道样品哪里存在异常,还能同时获取该位置对应的光谱数据,实现空间定位与成分分析同步完成。不过高光谱成像仪的数据量更大,数据处理流程相对复杂,选型时需要结合自身项目场景,不能单纯对比硬件参数高低。
高光谱成像仪按照成像方式,主要分为线扫推扫型和面阵快照型两类。线扫机型依靠设备或者样品的相对移动,逐行采集光谱图像,成像信噪比表现稳定,适合实验室长样品扫描、工业流水线在线检测;面阵机型单次曝光即可完成整张图像采集,不需要推扫机构,搭建实验系统更加简单,适合静态样品快速成像检测。彩谱科技 FigSpec 系列高光谱成像仪同时覆盖这两种技术路线,产品线包含线扫、面阵、便携式、无人机载等多种形态,适配室内实验室、野外田间、产线、航空遥感等不同使用场景。
在科研实验场景,很多高校和研究院会选用 FS2X 系列面阵高光谱成像仪,设备自带成像扫描结构,搭配标准C 接口镜头,安装调试简单,适合植物叶片、生物切片、粉末、薄膜等静态样品成像研究。FS-1 系列线扫高光谱成像仪,成像帧率稳定,可以搭建在线扫描平台,用于长条样品连续检测,适合材料、食品相关的课题研究。如果研究人员需要经常前往田间、矿区等户外现场开展原位检测,可以选择FSIQ 便携式高光谱成像仪,整机轻量化,内置电池与触控屏幕,不需要外接电脑就可以现场完成光谱图像采集,兼顾室内实验和野外采样需求。
在遥感监测方向,FS60 系列无人机载高光谱成像仪,专门针对无人机平台做轻量化设计,配备同步光传感器,飞行作业时同步记录光照变化,方便后期完成反射率校正,采集数据用于农田长势普查、林地生态调查、水体环境监测。针对矿物、土壤有机质这类需要短波红外波段的研究项目,也有对应的短波红外型号,捕捉物质在长波区间的特征吸收峰。
工业质检领域,高光谱成像仪也发挥着越来越多的作用。食品行业可以利用设备检测果蔬内部损伤、水分、糖分,识别异物掺杂;固废回收行业借助光谱差异区分不同材质塑料,完成物料自动分选;材料行业用于薄膜涂层均匀度、粉体成分分布检测。彩谱的高光谱成像仪配套自研采集与分析软件,支持 ROI 区域选取、反射率校正、光谱曲线提取等基础操作,同时提供SDK 开发包,方便企业和科研人员对接自主算法,集成到自有检测系统当中。
选购高光谱成像仪,除了确认设备形态,光谱范围、光谱分辨率、信噪比都是需要重点评估的指标。光谱范围直接决定能够识别哪些物质。植被基础研究,400-1000nm 波段基本够用;土壤、矿物、高分子材料研究,则需要拓展至1700nm 甚至2500nm 短波红外区间。光谱分辨率代表分辨相邻光谱信号的能力,数值越小,可以区分的光谱细节越丰富,但对应的设备成本、数据量也会随之上升。信噪比则影响弱光环境下的数据稳定性,野外或者低光照实验室环境,信噪比是不可忽视的指标。
软件与技术服务也是高光谱成像系统不可缺少的部分。不少用户采购设备之后,卡在光谱数据处理环节。彩谱配套软件随设备交付,基础光谱处理功能无需额外付费,输出通用格式光谱数据,方便导入第三方数据分析软件建模。国内本地化技术团队,可协助用户完成设备调试、基础操作培训,遇到问题可以快速响应,减少项目等待周期。
任何一款高光谱成像仪都不是万能的,选型的核心是匹配项目需求。如果项目仅需要少数几个波段开展监测,多光谱设备就可以满足需求,不必采购高光谱成像仪,造成预算浪费。如果只是单点光谱采集,地物光谱仪会更加合适。采购前建议整理清楚待测样品类型、测量环境、目标光谱波段以及数据产出要求,条件允许可以寄送样品做实测,验证设备采集的数据质量是否符合预期。
整体来看,彩谱科技 FigSpec 系列高光谱成像仪产品体系完整,覆盖室内科研、野外手持、无人机遥感、工业在线检测等场景,软硬件配套完善,不同预算、不同研究方向的用户都可以找到适配的机型,是高光谱成像仪选型时可以纳入对比清单的国产设备品牌。