选购高光谱相机时,经常会看到“光谱通道数”这个参数。有的设备通道数多,有的少,价格也可能存在差异。
那么,通道数多的相机,就一定能识别更多物质、获得更准确的检测结果吗?
答案是:不一定。
要弄清这个问题,得先知道光谱通道究竟是什么。
普通彩色相机主要利用红、绿、蓝三个颜色通道记录画面。而高光谱相机可以将光按照波长划分成许多较窄的波段,分别记录不同波段的光学信号。
每个被采集的光谱波段,可以理解为一个光谱通道。
例如,高光谱相机拍摄一片树叶,不只是获得一张绿色的照片,还能记录树叶在不同波长下的反射信息。
将这些信息按照波长排列,就能形成一条光谱曲线,反映树叶对不同波长光的反射情况。
光谱通道数,就是相机能够记录的光谱波段数量。

图1:高光谱相机的通道采集图
人眼看到的颜色相近,不代表两种物质具有相同的光谱特征。
不同物质对不同波长的光,可能存在不同的吸收和反射特性。这些差异有时无法通过普通彩色图像直接判断,却可能体现在光谱曲线上。
高光谱相机通过连续采集多个较窄波段的信息,让我们有机会观察到这些细节。
可以把光谱曲线理解为一条起伏的山路。
如果沿途记录的位置较少,一些狭窄的峰谷可能被遗漏;如果记录位置更加密集,就有机会更完整地描述曲线的变化。
不过,记录得密集,并不代表仪器一定能分清距离很近的两个峰。

图2:同一条示意光谱曲线,在稀疏采样与密集采样下的对比图
这是选购高光谱相机时容易混淆的地方。
光谱通道数和光谱分辨率有关,但不是同一个参数。
光谱通道数,表示采集了多少个光谱波段。
光谱分辨率,反映仪器区分相近光谱特征的能力。可以简单理解为:两处距离很近的光谱变化,仪器能不能把它们分辨出来。
还需要关注光谱范围,也就是相机能够测量哪一段波长,以及光谱采样间隔,即相邻采样波长之间相隔多远。
在相同光谱范围内,通道数更多,通常意味着光谱采样更密集。但实际分辨能力还受到仪器光学设计、光谱响应带宽等因素影响。
因此,不能仅凭通道数判断光谱分辨率。
通道数增加,可以提供更密集的光谱采样信息,但也需要考虑实际检测条件。
其中一个重要参数是信噪比(SNR),也就是有效信号与噪声的比值。通俗地说,就是测到的真实信号有多清楚,受到的干扰有多大。
如果为了获取更密集的光谱信息而采用更窄的光谱带宽,在其他条件相近时,单个通道接收到的光能量可能减少,影响信噪比。
另一方面,更多通道通常意味着更多数据。数据采集、传输、存储和后续分析都需要考虑。
而且,相邻通道之间可能存在较强的相关性。对于特定检测任务,并非每个通道都能提供新的有效信息。

图3:光谱采样密度、信号质量和数据量之间的关系示意图
以塑料分选为例,PET、PVC、HDPE等塑料可能具有不同的光谱特征。高光谱检测需要关注这些材料的特征波段能否被有效采集,而不是单纯追求通道数量。
在农业检测中,研究人员同样需要根据叶片色素、水分等目标特征,选择合适的光谱范围和采样条件。
对于工业产线,还要考虑检测速度、光照条件及数据处理效率。
以彩谱科技FigSpec® FS2X系列成像高光谱相机为例,FS-23H的光谱范围为400–1000nm,具有2000个光谱通道;FS-27的光谱范围为900–1700nm,具有1024个光谱通道。虽然前者通道数更多,但两者覆盖的波长范围不同,适用的检测任务也可能存在差异。
因此,选择高光谱相机时,应先确认待测物质的特征波段,再综合考虑光谱分辨率、信噪比等参数,而不是简单比较通道数量。

图4:彩谱FigSpec FS-27成像高光谱相机图
面对不同设备的光谱通道数,可以先确认几个问题:
光谱范围是否覆盖待测物质的特征波段?
光谱分辨率和采样间隔能否满足检测需求?
实际光照条件下,信噪比是否满足要求?
数据量、采集速度是否适合现场应用?
如果涉及物质分类,还需要通过实际样品测试,验证光谱数据和识别算法是否满足任务要求。
光谱通道数不是越多越好,而是要看采集到的信息能否解决实际检测问题。
只看通道数量,很容易忽略真正影响检测效果的参数。