超越普通相机捕捉的传统红、绿、蓝（RGB）三色光谱，存在着一个等待被揭示的隐藏信息世界。多光谱成像（Multispectral Imaging, MSI）是一项强大的技术，它能够让我们看见肉眼无法察觉的细节，并从中提取有价值的数据。这些数据可广泛应用于各个领域，从工业应用中的精准颜色匹配、化妆品与护肤分析，到农业生长与健康监测，甚至是医疗诊断的深度检测。虽然该技术已经存在多年，但直到最近，随着价格相对较实惠的快照式多光谱图像传感器出现，它才真正走向更广泛的市场。

在本文中，我们将介绍什么是多光谱成像、它的工作原理与主要应用场景，并探讨企业如何开发紧凑型、高性能的快照式多光谱成像解决方案。

 

什么是多光谱成像？

多光谱成像（MSI）是一种在电磁波谱的多个特定波段范围内捕获并分析图像的技术。正如图 1 所示，相较于只能捕捉红、绿、蓝三色波段的常规 RGB 相机，多光谱成像能够为图像中的每一个像素记录多个光谱数据点。

打个比方，这就像是戴上了一组专门调校的”彩色眼镜”，每副眼镜都能让你看见隐藏的细节。以 Spectricity 的 S1 多光谱图像传感器为例，它支持 15 个独立颜色通道，覆盖 400 nm 到 700 nm 波段。这些丰富的数据能实现更精确的分析、识别，以及先进的 AI 算法开发，这些都是普通 RGB 相机无法做到的。

 

多光谱成像的原理：技术解析

实现快照式多光谱成像

理解多光谱成像的定义只是第一步，更重要的是了解它背后的技术和其演变——从过去缓慢、依赖机械的系统，到如今快速、紧凑的快照式解决方案。

传统的多光谱成像方法需要依次改变入射光并拍摄多张图像，再将其组合成一幅完整的光谱图。例如，滤光轮成像会旋转一个窄带滤光片的轮盘，为每个滤光片分别拍摄图像。又如，棱镜或光栅会将光线分解为多个波长，并通过机械扫描来重建完整光谱图像。这些方法不仅速度慢，还依赖昂贵的光学元件和笨重的机械结构，难以应用于移动或手持设备。同时，高昂的成本也阻碍了其在消费级市场的普及。

要让多光谱成像真正走向大众市场，快照式多光谱成像是关键。目前，能实现光谱分离并以小巧低成本方案捕捉实时图像的主要技术有两种：有机彩色滤光片和干涉滤光片。这两种方案都基于标准 CMOS 图像传感器，在像素级别集成静态光学滤光片。这种设计以部分空间分辨率换取光谱分辨率，同时保持高速、低成本和小型化的优势，使多光谱成像能够集成至日常设备。

有机彩色滤光片

有机彩色滤光片利用特殊设计的染料材料，选择性吸收特定波长，并允许其他波长通过。通过化学合成，这些染料的吸收光谱可以被精确调控，以满足多光谱成像所需的自定义光谱带宽。此类滤光片可以较为容易地沉积到传感器表面，因此在部分成像应用中具备成本优势。

然而，有机彩色滤光片的光谱响应非常宽（>100 nm），需要大量数据处理来提取详细的光谱信息，这限制了其在多光谱成像中的应用。此外，滤光片在一致性和长期稳定性上也存在挑战，因为有机化合物会随时间逐渐老化。因此，虽然有机滤光片适用于基础的颜色分离，但在进阶的多光谱成像应用中表现仍不足。

干涉滤光片

干涉滤光片（例如基于法布里–珀罗干涉原理的滤光片）通过精确设计的多层结构实现光谱分离。通过控制这些叠层的厚度，可以选择性地通过特定波长，同时阻挡其他波长。

与有机滤光片相比，这种方法可实现更高的光谱分辨率、更优的稳定性及更出色的光谱重建能力。同时，干涉滤光片能够在芯片上集成，适合大规模量产，非常适合用于移动和消费电子领域的高性能多光谱图像传感器。

Spectricity 的法鉑腔精密滤波技术

Spectricity 的多光谱图像传感器在 CMOS 图像传感器上采用独特且已获专利的法鉑腔精密滤波技术，并以马赛克形式分布（见图 2）。Spectricity 通过控制 CMOS 传感器上滤光层的厚度来决定滤光片的中心波长，从而使每个像素都具备窄带光谱响应。该技术可扩展并适配于任何图像传感器，将多光谱成像带入超小型化领域。

 

多光谱成像的核心应用

多光谱成像（MSI）突破了传统摄影的限制，能够捕捉超越 RGB 相机的隐藏信息。这项强大的技术已经在多个领域展现出巨大价值，帮助人们做出更精准的决策并获得更深入的洞察。

• 颜色匹配：移动设备的精准取色与自动白平衡（AWB）高级校正
• 食品与农业：植物生长与健康监测、食品新鲜度与质量检测、物种分类
• 医疗：伤口愈合监测、糖尿病足溃疡预防、皮肤癌检测
• 安全与监控：隐匿物检测、伪造文件识别、闭路监控
• 美妆与健康：精准肤色检测、基于生物标志物的皮肤分析、个性化护肤方案

图 3 展示了多光谱成像在护肤场景的应用。借助 Spectricity 的多光谱成像与先进 AI 算法，用户可以获得个性化的护肤建议，包括肤色及全面的皮肤生物标志物图谱（如黑色素、血容量、皮肤含氧量）。这有助于用户快速找到合适的化妆品，并能识别诸如黑眼圈等皮肤问题。

 

面向移动设备的紧凑型多光谱成像

随着移动多光谱成像的潜力日益显现，Spectricity 等公司正引领这一技术的普及。Spectricity 专注于为移动设备开发可小型化量产的多光谱成像解决方案，其产品包括（见图 4）：

• S1 多光谱图像传感器：全球首款真正实现小型化，且可大规模生产的多光谱图像传感器，具备 15 个通道的高光谱分辨率，覆盖 400 nm–700 nm。
• S1-M 摄像头模组：紧凑型摄像头模组，包括专门设计的摄像头、板载内存和多光谱图像传感芯片S1，经过生产校准，可实现更加准确一致的光谱响应。
• S1-EVK2b 评估套件：由共同封装的 S1-M 多光谱摄像头模组和 RGB 摄像头模组组成的双相机单元，套件内附有 NVIDIA Jetson 处理器，用于应用程序开发。
• S1-A 附件设备：配备 S1-M 摄像头模组的便携式设备，可通过简单的 USB 接口连接与移动设备无缝配对，以实现数据采集和应用程序开发的目的。

 

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结论：多光谱成像——超越可见范围的感知

总结来说，多光谱成像（MSI）突破了传统 RGB 的限制，通过捕捉特定波长的光，揭示隐藏的数据。随着快照式多光谱成像的出现，这一技术已从笨重、昂贵的系统，发展为可集成于移动设备的小型化、低成本解决方案。

以 Spectricity 的微型化方案为代表，多光谱成像通过独特的滤光技术直接集成到传感器上，为工业、医疗、美妆等领域提供更丰富的洞察力。随着移动多光谱成像的普及，这项技术将为日常设备注入新能力，推动更智能的决策与创新应用。

 

常见问题

 

 

更多资源

• 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
• Spectricity 在移动设备上展示基于多光谱技术的人工智能皮肤分析

 

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