从400到2500 nm，高光谱相机的光谱范围该怎么选？

了解高光谱相机时，经常会看到 VIS、VNIR、NIR、SWIR 等波段名称，以及400–700 nm、400–1000 nm、900–1700 nm、900–2500 nm等不同光谱范围。

这些数字并不是简单的“范围越宽越好”。

随着波长变化，物质的反射和吸收特征也会发生变化。可见光更多反映颜色和色素信息，进入近红外和短波红外后，则可以获取更多与组织结构、水分及材料成分有关的光谱特征。

因此，高光谱相机选型的关键，是先明确：测什么样品，希望分析什么信息。

1. 400–700 nm：从颜色和色素开始

400–700 nm基本覆盖人眼能够感知的可见光区域。

普通彩色相机主要记录RGB三个通道，而高光谱相机可以将可见光进一步细分成多个连续波段，让图像中的每个像素都对应一条光谱曲线。

这一范围尤其适合研究与颜色、色素和表面状态相关的差异。

例如植物叶片中的叶绿素、花青素会影响可见光反射特征；食品颜色、材料表面以及印刷品等，也可以通过不同波长下的光谱响应进行分析。

彩谱 FS-20 光谱范围为 400–700 nm，适用于植物色素、颜色分析、表面检测等可见光高光谱应用。

2. 400–1000 nm：从可见光延伸到近红外

如果研究对象不只是“颜色”，还希望观察近红外区域的变化，可以进一步关注VNIR，即可见光—近红外。

彩谱 FS-22、FS-23、FS-23H 的光谱范围均覆盖 400–1000 nm。

以植物为例，在400–700 nm区域，叶绿素等色素对光谱影响较明显；进入700 nm之后，叶片内部组织结构会对近红外反射产生明显影响。

植物反射光谱在约700 nm附近通常会出现快速上升区域，也就是植被研究中经常提到的“红边”。

因此，400–1000 nm兼顾了颜色、色素以及近红外反射特征，在植物表型、农业遥感、病害与胁迫研究、种子筛选、食品检测和材料分类等场景中具有较多应用。

3. 900–1700 nm：进入短波红外，关注水分和材料差异

当检测范围进入900–1700 nm，研究重点会进一步从“外观是什么样”转向“内部成分有什么不同”。

彩谱FS-27光谱范围为900–1700 nm，采用InGaAs探测器。

这一范围内包含与水分以及部分O-H、C-H、N-H等化学键相关的吸收信息。

因此，一些在可见光下颜色接近、外观相似的样品，到了短波红外区域可能表现出不同的光谱响应。

例如不同塑料材质、不同含水状态的食品、谷物、药品以及部分化工材料，都可以通过短波红外高光谱数据进行分类、识别或定量模型研究。

需要注意的是，高光谱相机通常不是拍完之后直接给出“水分是多少”“成分是多少”。实际应用中，还需要结合参考数据，通过PCA、PLS、机器学习等方法进行数据分析和模型建立。

4. 900–2500 nm：为什么还有更长的短波红外？

有些用户会发现，除了900–1700 nm之外，高光谱设备还有900–2500 nm 的光谱范围。

这同样属于短波红外高光谱应用中常见的覆盖范围。

彩谱FS-2A近红外高光谱成像系统检测波段可覆盖900–2500 nm。

相比900–1700 nm，延伸到2500 nm之后，可以获得更多与分子振动相关的吸收特征，对矿物、材料、食品及部分有机物研究具有重要意义。

例如在矿物分析中，不同矿物在短波红外区域可能存在不同的特征吸收位置。通过获得样品不同空间位置的光谱曲线，可以进一步进行矿物识别、分类及分布研究。

这也是为什么矿物、地质等研究场景经常会关注1700 nm之后的光谱信息。

5. 光谱范围怎么选？先看检测目标

高光谱成像的意义，在于同时获得样品的空间信息和光谱信息。

所以选型之前，与其先问“需要多宽的光谱范围”，不如先问三个问题：

1. 我的样品是什么？

2. 我要识别什么差异？

3. 这个差异在哪些波长上表现得更明显？

明确这三个问题之后，再选择对应的光谱范围和高光谱相机，选型思路就会清晰很多。