高光譜技術(shù)與RGB技術(shù)對比

機(jī)器視覺制造商廣泛采用紅綠藍(lán)（RGB）三色相機(jī)。這類相機(jī)適用于基于物體的形狀和顏色進(jìn)行表征。然而，由于只有三個(gè)可見光波段可用，因此其識別能力非常有限。
高光譜技術(shù)可用于更復(fù)雜的應(yīng)用場景，通過在較寬的光譜帶寬范圍內(nèi)，記錄數(shù)百個(gè)光譜通道（波段）來測量物體或場景。這些波段是連續(xù)的，并且不限于光譜的可見部分。
高光譜成像技術(shù)為用戶提供了海量信息，使其能夠基于被測材料的化學(xué)成分而非僅憑其尺寸、形狀和可見顏色來進(jìn)行識別。每種材料都有其獨(dú)特的成分，因此對電磁波譜的反應(yīng)也各不相同。高光譜相機(jī)采集這種獨(dú)特的反應(yīng)，并將其用作識別特征，就像人們利用指紋來識別個(gè)體身份一樣。

圖1：杏仁（Specim FX10；紅色）與外殼（Specim FX10；紫色）的VNIR光譜。杏仁（深藍(lán)色）與外殼（淺藍(lán)色）的RGB成分。
可測量的RGB相機(jī)波段由對應(yīng)的垂直線表示。

圖1展示了RGB相機(jī)相對于高光譜相機(jī)的局限性。高光譜相機(jī)Specim FX10能夠測量完整的光譜特征，因此無論杏仁或其外殼的顏色如何，它都能精確測定杏仁與外殼之間的差異。
在此示例中，堅(jiān)果油脂在930nm處的光譜特征提供了精確且具有選擇性的標(biāo)識，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)分揀。而RGB相機(jī)僅限于三色波段，完全錯(cuò)過了最相關(guān)的分選標(biāo)準(zhǔn)。

圖2：基于RGB相機(jī)、Specim FX10和FX17數(shù)據(jù)的照片及模型預(yù)測結(jié)果。
開心果和堅(jiān)果被分類為綠色，外殼為藍(lán)色，木質(zhì)部分為黃色。

除了能捕捉到近紅外（NIR）區(qū)域的光譜信息，Specim FX10高光譜相機(jī)測量數(shù)百個(gè)波段所呈現(xiàn)的彩色圖像，其準(zhǔn)確性遠(yuǎn)超RGB相機(jī)三個(gè)波段構(gòu)成的圖像（圖2）。那些能夠覆蓋可見光譜范圍以外的高光譜相機(jī)，比如Specim FX17，其檢測范圍涵蓋了900-1700nm的近紅外區(qū)域。這些相機(jī)提供了擴(kuò)展的光譜數(shù)據(jù)，有助于構(gòu)建性能更穩(wěn)定的分析模型（具體取決于實(shí)際應(yīng)用需求）。如圖2所示，Specim FX17相機(jī)是分離杏仁、開心果與果殼及異物的良好儀器——其性能優(yōu)于基于RGB的模型。值得注意的是，其他應(yīng)用場景可能需要測量范圍在短波紅外（SWIR，1700–2500nm）、中波紅外（MWIR，2.7–5.3 μm）或者長波紅外（LWIR，8–12 μm）的高光譜相機(jī)。

機(jī)器視覺系統(tǒng)通常整合多種互補(bǔ)的傳感器。下表重點(diǎn)展示了高光譜技術(shù)相較于其他常用傳感器的優(yōu)勢。

表：綠色=良好，橙色=較差，紅色=不相關(guān)

關(guān)于Specim

作為高光譜成像（HSI）行業(yè)的龍頭公司之一，Specim產(chǎn)品涵蓋從可見光到熱紅外全部波段的測量，為用戶提供全面的高光譜成像解決方案，滿足工業(yè)、科學(xué)和研究用戶的不同需求。產(chǎn)品包括工業(yè)高光譜相機(jī)、實(shí)驗(yàn)室高光譜相機(jī)以及機(jī)載高光譜相機(jī)，適配客戶特定的使用場景。Specim以分揀機(jī)客戶為核心，同時(shí)在分選回收、食品和制藥等行業(yè)也擁有廣泛的客戶群體。去年，Specim正式推出全新的SpecimONE高光譜成像平臺，該平臺使高光譜成像技術(shù)更便利、更快捷地與分揀機(jī)相結(jié)合。2021年起，SpecimONE平臺可開始交付。借助SpecimONE平臺，柯尼卡美能達(dá)將進(jìn)一步擴(kuò)大工業(yè)領(lǐng)域中高光譜成像的業(yè)務(wù)。

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