光谱成像正在改变各行业获取和分析不同波长光信息的方式。它使系统能够识别材料、检测细微的颜色差异，并获取精确的光谱数据，广泛应用于科研、遥感、质量检测、皮肤护理、医学影像以及智能手机等领域。这类技术相比传统 RGB 成像提供更深入的洞察，同时也在不断向更小型化与集成化发展。

在众多技术中，多光谱成像（MSI）与高光谱成像（HSI）是最常见的两种方法。两者都能提供先进的光谱信息，但在分辨率、数据复杂度以及移动和嵌入式设备的集成能力方面存在显著差异。

本文将解释多光谱与高光谱成像的区别，并说明为什么多光谱成像更适合高产量、嵌入式及快照式成像应用。

 

高光谱成像（HSI）解析

高光谱成像（HSI）能够在较宽的光谱范围内采集数百个连续且窄带的波长信息。典型系统可测量 100 至 300 多个通道，每个通道带宽较窄（约 5–20 nm），从而实现极高的光谱分辨率。然而，这也带来了更长的采集时间和更庞大的数据量。

HSI 系统通常依赖扫描技术，例如推扫式扫描（pushbroom）、可调滤波器或摆扫式（whiskbroom）传感器。这些系统通过逐行或逐通道扫描来获取数据，因此无法实现快照式成像，导致设备体积较大、速度较慢、系统复杂且成本较高，同时实时处理难度也显著增加。

高光谱成像主要用于科研、遥感、矿物分析、生物医学研究以及工业检测等领域，在这些场景中，最高精度比便携性更重要。

 

多光谱成像（MSI）解析

多光谱成像（MSI）采集的是较少数量、经过精心选择的通道，每个通道覆盖更宽的光谱范围。相比 RGB，相机具备更高的光谱分辨能力，同时仍可实现类似拍照的快照式采集。

早期多光谱成像系统通常采用滤光轮结构，而随着芯片级滤光技术的发展，例如有机滤光片或沉积在 CMOS 上的干涉滤光片，多光谱成像已可实现真正的快照模式。这种技术使系统具备小型化 、高可靠性 、低功耗、高成本效益、轻数据量的特性，并支持实时处理。

多光谱成像具备良好的可扩展性，非常适合大规模量产与消费级市场，例如：智能手机、消费电子、可穿戴设备、医疗与皮肤检测、机器人以及便携检测设备。

 

多光谱 vs 高光谱：对比分析

为了更直观地说明多光谱与高光谱的差异，本文通过概念示意图（图一）与比较表（表一）进行对比。这些图表展示了这些成像方法在光谱通道数量、资料复杂度，以及对不同应用的适用性方面的差异。

图 1 说明了不同光谱成像技术在所捕捉的通道数量及其连续性方面的差异。传统的 RGB 只捕捉三个宽广的色彩通道；多光谱使用有限数量的离散通道，以进行高效率的光谱分析；而高光谱则记录数百个狭窄且连续的通道，以提供丰富的细节。

 

参数	多光谱（MSI）	高光谱（HSI）
通道数量	6 – 30	100 – 300 +
带宽	较宽 (≈ 20–50 nm)	较窄 (≈ 5–20 nm)
光谱分辨率	高	极高
空间分辨率	较高	较低
数据量	低至中等	非常大
处理负载	轻，可实时	高，需要高性能计算
集成能力	紧凑，适合移动设备	笨重，多用于实验室/卫星
成本	低	高
应用	嵌入式、移动设备、机器人	科研、工业分析

表 1：多光谱与高光谱成像关键参数比较

 

如何选择适合的技术？

高光谱成像（HSI）与多光谱成像（MSI）皆能提供有价值的洞察，具体取决于应用情境。

当需要精细的材料辨识且资料量仍可控时，高光谱成像特别适用于科学研究、遥测及工业检测等领域。相较之下，多光谱成像则在需要装置小型化、高速运作与高可扩展性的情境中表现出色，例如智慧型手机、消费性电子、机器人、无人机或可携式检测工具。

多光谱的快照式成像能力，也就是在不需扫描的情况下同时捕捉多个通道，使其能在紧凑系统中实现真正的即时性能。这也使其成为行动与嵌入式装置的首选技术。

最终，在高光谱与多光谱之间的选择取决于您的应用需求、性能规格与预算。在选择技术之前，应评估系统对光谱细节程度、空间解析度、资料量、处理速度、整合限制以及预算的需求。透过这样的评估，能帮助您判断哪种成像方式最符合您的技术目标、操作需求与成本考量。

 

Spectricity 的解决方案：将多光谱技术带入日常设备

Spectricity 的技术将实验室级的光谱精度与可规模化的小型化集成相结合。

S1 多光谱图像传感器在可见光谱范围内具备 15 个通道，平均带宽为 34 nm（FWHM），并拥有 864 x 648 的 SVGA 空间分辨率。Spectricity 采用其专利的法鉑腔精密滤波技术，该技术基于法布里–珀罗干涉原理，通过精密设计的多层结构选择性地透过特定波长。这一设计在微型化尺寸中实现了卓越的光谱与空间性能，同时兼具长期稳定性与芯片级可制造性。它使多光谱成像能够以高性能、低成本的方式应用于智能手机、可穿戴设备以及测量仪器中。

图 2 所示的 Spectricity S1 产品线旨在实现便捷集成与应用开发：

• S1 VIS 多光谱图像传感器：小型化、可大规模生产的多光谱图像传感器，在 400–700 nm 可见光范围内具备 15 个通道。
• S1-M VIS 摄像头模组：配备定制光学组件和板载存储器的紧凑型模组，可实现校准后的光谱采集。
• S1-A VIS 附件设备：可通过 USB 连接的便携式设备，提供即插即用的多光谱成像。
• S1-EVK2b VIS 评估套件：采用双摄像头系统，结合 S1-M 与 RGB 传感器，并配备英伟达 Jetson 用于开发。

 

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结论

多光谱成像（MSI）与高光谱成像（HSI）都扩展了我们观察与测量光的方式，但在现代成像应用中各自扮演着不同的角色。

高光谱成像（HSI）为科研、材料分析及遥感提供了极高的光谱精度；而多光谱成像（MSI）则为嵌入式及大规模应用设备提供了紧凑、高效且可扩展的性能。多光谱的快照式成像能力可在无需扫描的情况下同时捕捉多个通道，实现实时成像，非常适用于智能手机、消费电子、机器人以及工业视觉系统等应用。

在选择高光谱或 多光谱之前，应综合考虑项目在光谱细节、空间分辨率、数据规模、处理需求、系统集成限制以及预算等方面的要求，以在性能、可扩展性与成本之间取得最佳平衡。

 

常见问题

 

 

更多资源

• 什么是多光谱成像 (MSI)？
• Spectricity 推出 S1-A 附件设备，用于移动平台上的即插即用光谱成像

 

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