高光谱技术与RGB技术对比

机器视觉制造商广泛采用红绿蓝（RGB）三色相机。这类相机适用于基于物体的形状和颜色进行表征。然而，由于只有三个可见光波段可用，因此其识别能力非常有限。
高光谱技术可用于更复杂的应用场景，通过在较宽的光谱带宽范围内，记录数百个光谱通道（波段）来测量物体或场景。这些波段是连续的，并且不限于光谱的可见部分。
高光谱成像技术为用户提供了海量信息，使其能够基于被测材料的化学成分而非仅凭其尺寸、形状和可见颜色来进行识别。每种材料都有其独特的成分，因此对电磁波谱的反应也各不相同。高光谱相机采集这种独特的反应，并将其用作识别特征，就像人们利用指纹来识别个体身份一样。

图1：杏仁（Specim FX10；红色）与外壳（Specim FX10；紫色）的VNIR光谱。杏仁（深蓝色）与外壳（浅蓝色）的RGB成分。
可测量的RGB相机波段由对应的垂直线表示。

图1展示了RGB相机相对于高光谱相机的局限性。高光谱相机Specim FX10能够测量完整的光谱特征，因此无论杏仁或其外壳的颜色如何，它都能精确测定杏仁与外壳之间的差异。
在此示例中，坚果油脂在930nm处的光谱特征提供了精确且具有选择性的标识，可实现精准分拣。而RGB相机仅限于三色波段，完全错过了最相关的分选标准。

图2：基于RGB相机、Specim FX10和FX17数据的照片及模型预测结果。
开心果和坚果被分类为绿色，外壳为蓝色，木质部分为黄色。

除了能捕捉到近红外（NIR）区域的光谱信息，Specim FX10高光谱相机测量数百个波段所呈现的彩色图像，其准确性远超RGB相机三个波段构成的图像（图2）。那些能够覆盖可见光谱范围以外的高光谱相机，比如Specim FX17，其检测范围涵盖了900-1700nm的近红外区域。这些相机提供了扩展的光谱数据，有助于构建性能更稳定的分析模型（具体取决于实际应用需求）。如图2所示，Specim FX17相机是分离杏仁、开心果与果壳及异物的良好仪器——其性能优于基于RGB的模型。值得注意的是，其他应用场景可能需要测量范围在短波红外（SWIR，1700–2500nm）、中波红外（MWIR，2.7–5.3 μm）或者长波红外（LWIR，8–12 μm）的高光谱相机。

机器视觉系统通常整合多种互补的传感器。下表重点展示了高光谱技术相较于其他常用传感器的优势。

表：绿色=良好，橙色=较差，红色=不相关

关于Specim

作为高光谱成像（HSI）行业的龙头公司之一，Specim产品涵盖从可见光到热红外全部波段的测量，为用户提供全面的高光谱成像解决方案，满足工业、科学和研究用户的不同需求。产品包括工业高光谱相机、实验室高光谱相机以及机载高光谱相机，适配客户特定的使用场景。Specim以分拣机客户为核心，同时在分选回收、食品和制药等行业也拥有广泛的客户群体。去年，Specim正式推出全新的SpecimONE高光谱成像平台，该平台使高光谱成像技术更便利、更快捷地与分拣机相结合。2021年起，SpecimONE平台可开始交付。借助SpecimONE平台，柯尼卡美能达将进一步扩大工业领域中高光谱成像的业务。

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