簡(jiǎn)析高光譜成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

?高光譜成像技術(shù)是一種新興的信息融合檢測(cè)技術(shù)，它集光譜信息和圖像信息于一體，具有光譜分辨率較高、波長(zhǎng)覆蓋范圍較廣等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在測(cè)試靈敏度較低、相對(duì)誤差較大等缺點(diǎn)。本文簡(jiǎn)單分析了高光譜成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

高光譜成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

與常見(jiàn)的光譜分析技術(shù)相較，高光譜技術(shù)有著很多優(yōu)勢(shì)，它能夠在很短的時(shí)間內(nèi)，僅僅只通過(guò)對(duì)待測(cè)樣本進(jìn)行一次光譜采集，就能完成對(duì)待測(cè)樣本十多項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)量。在測(cè)量光譜之前，不需要對(duì)待分析的樣品進(jìn)行提前處理，分析過(guò)程中也不會(huì)消耗其他材料或是破壞樣品本身；分析重視性好、成本低。

1、光譜分辨率較高

高光譜成像所用的光譜儀在可見(jiàn)-近紅外光譜范圍內(nèi)被劃分為上百個(gè)波段，分辨率在2.8-5nm之間，波段的劃分跟多光譜技術(shù)相比顯得更為精細(xì)，并且是連續(xù)分布，能夠反映的信息量也得到了極大的提高。

2、波長(zhǎng)覆蓋范圍較廣

高光譜成像的光譜儀的光譜覆蓋范圍為：紫外（200-400nm）、可見(jiàn)光（400-760nm）、近紅外（760-2560nm）以及波長(zhǎng)范圍大于2560nm的區(qū)域，波長(zhǎng)覆蓋范圍很廣。

3、圖像和光譜信息集于一體，信息反映全面

高光譜成像技術(shù)是一種新興的信息融合檢測(cè)技術(shù)，它集光譜信息和圖像信息于一體。它在準(zhǔn)確的反映待測(cè)樣本表面上的圖像信息的同時(shí)也能夠夠采集到樣本內(nèi)部各點(diǎn)或線的光譜信息，使得其能夠進(jìn)一步的確定樣本內(nèi)的結(jié)構(gòu)組成和成分信息，因此可以檢測(cè)出待測(cè)樣本的全部所需信息。

4、無(wú)需前處理、無(wú)污染、方便快捷

高光譜成像技術(shù)采用具有極強(qiáng)穿透能力的光，在對(duì)待測(cè)樣本進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，不需要對(duì)待測(cè)樣本進(jìn)行任何的處理，它能夠穿透塑料或者玻璃來(lái)對(duì)待測(cè)樣本直接的檢測(cè)，同時(shí)也不用使用任何的化學(xué)試劑。相對(duì)于傳統(tǒng)的分析方法而言，在不會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染的同時(shí)也可以節(jié)約大量的化學(xué)試劑的使用費(fèi)用。儀器測(cè)定時(shí)間短。

5、無(wú)破壞性

無(wú)破壞性也是高光譜成像技術(shù)的一大特點(diǎn)，因?yàn)樗臒o(wú)破壞性使得高光譜成像技術(shù)可以對(duì)果蔬、谷物和肉類等多種農(nóng)副產(chǎn)品進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。在農(nóng)產(chǎn)品的儲(chǔ)藏庫(kù)中安裝高光譜自動(dòng)檢測(cè)裝置，可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)藏品的自動(dòng)檢測(cè)，節(jié)省大量人力、物力和時(shí)間。

6、在線檢測(cè)

高光譜成像技術(shù)能夠及時(shí)有效準(zhǔn)確的對(duì)待測(cè)樣本進(jìn)行檢測(cè)，所以，在流水線上可以使用高光譜檢測(cè)儀來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的及時(shí)的在線檢測(cè)，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品內(nèi)外部品質(zhì)的變化，有主意提高產(chǎn)品本身的穩(wěn)定性。

7、多組分同時(shí)檢測(cè)

高光譜成像技術(shù)可以得到大規(guī)模的推廣的主要原因是，它可以實(shí)現(xiàn)待測(cè)樣本多個(gè)成分的同時(shí)檢測(cè)。在同一模式、同一時(shí)間下，可以對(duì)待測(cè)樣品的不同組分進(jìn)行同時(shí)測(cè)定。例如在對(duì)小麥進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，能夠同時(shí)測(cè)定其蛋白質(zhì)含量、水分含量、沉淀值、硬度等參數(shù)，這就極大的簡(jiǎn)化了測(cè)定操作，同時(shí)也很大程度上減少了測(cè)定時(shí)間。不同的組分對(duì)測(cè)定的結(jié)果都有一些影響，是因?yàn)樵跍y(cè)定過(guò)程中，其他組分對(duì)高光譜也有吸收。

8、測(cè)定速度快

高光譜圖像的原始光譜信息必須由計(jì)算機(jī)進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的處理和分析，在獲得待測(cè)樣本的原始數(shù)據(jù)后即可立即獲得定性或定量的結(jié)果，整個(gè)分析所需時(shí)間大約在 2 分鐘之內(nèi)，并且能夠根據(jù)同一原始光譜數(shù)據(jù)的處理分析得出待測(cè)樣本各種組成或性質(zhì)數(shù)據(jù)。

9、投資及操作費(fèi)用低

高光譜分析儀所采用的光學(xué)用量是一般的石英或玻璃儀器，這些工具具有價(jià)格低、操作空間小、多數(shù)待測(cè)樣本無(wú)需提前處理以及操作所需費(fèi)用較低的特點(diǎn)，而這些儀器的高度自動(dòng)化也大大降低了對(duì)操作者的技能需求以及操作難度。

高光譜成像技術(shù)的缺點(diǎn)

高光譜技術(shù)具有上述優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也存在著自身的缺點(diǎn)：其一，測(cè)試靈敏度較低，相對(duì)誤差較大；其二，由于高光譜分析屬于間接的測(cè)量方法，需要通過(guò)參考方法（一般為化學(xué)分析方法）獲取一定量的參考樣本數(shù)據(jù)，所以測(cè)量精度不可能達(dá)到所用參考方法的測(cè)量精度，建立預(yù)測(cè)模型也要有一定的化學(xué)計(jì)量學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、資金、時(shí)間等；最后，高光譜技術(shù)能夠測(cè)量的范圍有限，一般只能用于還有氫基團(tuán)的成分或者是與之相關(guān)的成分。

原始光譜數(shù)據(jù)之間相關(guān)性很高，如果待測(cè)樣本的樣本量不大，就不具有代表性，并且也會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)本身有著極高的自相關(guān)性，使得之后的數(shù)據(jù)預(yù)處理以及波長(zhǎng)提取產(chǎn)生不利的影響，所以，利用高光譜成像技術(shù)進(jìn)行物品檢測(cè)的時(shí)候需要采集大量的樣本，從而使得最終所建模型有較高的精確性和穩(wěn)健性。

所以，在進(jìn)行高光譜分析前，需要一定量的投入人力資源、物力資源、財(cái)力資源，才能獲得一個(gè)較為精確且實(shí)用性較高的模型。