一、什么是光譜？

牛頓的色散實驗揭示了太陽光是各種顏色混合的復色光，通過三棱鏡后被分成紅橙黃綠青藍紫七種單色光。這些單色光按波長或頻率大小依次排列形成的圖案即為光譜，覆蓋了大約380~740納米的可見光區(qū)，因此也稱可見光譜。此外，光譜還包括紅外光譜和紫外光譜，它們分別位于可見光譜的長波和短波端，雖不可見但可通過儀器記錄。

可見光譜

電磁波光譜

二、光譜和光譜分析方法的類型

物體由不同元素及其化合物組成，其結構差異導致表面反射或散射光的波長具有特異性。光譜分析法通過測量譜線的波長和強度，對物質進行定性或定量分析。這種方法如同讀取物體的“指紋”信息，能夠揭示物體的獨特特征。

光譜分類

光譜分類分析方法

三、多光譜和高光譜的區(qū)別

成像技術的發(fā)展經(jīng)歷了從灰度圖像到彩色圖像，再到多光譜圖像，最終到達高光譜圖像的過程。多光譜圖像在彩色圖像基礎上增加了特定波段的光譜信息，而高光譜圖像則進一步收窄波段寬度，提高單位波段數(shù)量，形成連續(xù)的光譜信息。高光譜技術相較于多光譜，能夠提供更豐富的信息，實現(xiàn)定量化分析，并便于波段間數(shù)據(jù)的互相校正。

成像技術的發(fā)展

RGB成像，多光譜成像，高光譜成像比較

四、高光譜的主要技術路線

高光譜成像技術因其獲取的是三維數(shù)據(jù)，而成像方式也相應改變。主要技術路線包括：

點掃描成像（揮掃式）與線掃描成像（推掃式）：通過機械結構推掃，結合色散元件，逐點或逐線獲取光譜信息。

譜掃描成像（凝采式）：使用濾波器產(chǎn)生窄波段光譜信息，通過面陣傳感器記錄，再調整濾波器波長獲取各段光譜信息，最終拼接成三維信息。

快照式成像：采用棱鏡陣列或計算光譜成像技術，一次性獲取整個三維信息，具有抗干擾能力強、成像速度快的特點，是未來最具潛力的成像方式。

高光譜的成像的四種掃描方式

四、高光譜在水果品質檢測中的應用

1. 高光譜成像系統(tǒng)

高光譜成像系統(tǒng)核心設備包括光源（如寬波段石英鎢鹵素弧光燈、發(fā)光二極管或激光器）、波長色散元件（如基于衍射光柵的成像光譜儀或電可調濾光器）和面陣相機（主流使用CCD或CMOS）。

高光譜成像系統(tǒng)

2. 高光譜圖像的獲取方式

根據(jù)采集和形成方式的不同，高光譜圖像獲取方式分為點掃描、線掃描和面掃描。

高光譜圖像獲取的三種方式

3. 高光譜圖像處理與分析

高光譜圖像處理與分析涉及圖像校正、光譜處理與分析以及圖像處理與分析。包括利用參考圖像校正原始高光譜圖像為反射率圖像，進行數(shù)據(jù)預處理（如平滑、歸一化、傅里葉變換等），以及特征提取和圖像分割等操作。

高光譜圖像處理與分析

4. 在水果品質檢測中的應用總結

高光譜技術能夠精確檢測水果的成熟度、糖分含量、病蟲害等品質指標，為水果分級和品質控制提供有力支持。

水果品質檢測中的應用總結

五、針對自己的應用場景怎么使用高光譜技術

選擇高光譜相機：選用波長覆蓋率高且適合應用場景的高光譜相機，并確定所需光源條件。

確定掃描方案：根據(jù)應用場景和需求，選擇合適的掃描方式（點掃描、線掃描、譜掃描或快照式）和分光設備。

獲取數(shù)據(jù)：在穩(wěn)定環(huán)境條件下，使用高光譜相機獲取高維度光譜圖像數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)分析：嘗試各種數(shù)據(jù)處理分析算法，確定有效波長范圍。

優(yōu)化選擇：選用覆蓋了有效波長范圍的高光譜相機，進行進一步的數(shù)據(jù)分析和檢測應用。