無(wú)人機(jī)高光譜 vs. 多光譜：一篇文章幫你選對(duì)“水質(zhì)監(jiān)測(cè)神器“
我們正身處一個(gè)空中監(jiān)測(cè)技術(shù)蓬勃發(fā)展的時(shí)代。當(dāng)無(wú)人機(jī)技術(shù)日益普及時(shí)，越來(lái)越多行業(yè)開(kāi)始利用光譜技術(shù)進(jìn)行精細(xì)化的監(jiān)測(cè)與分析。
但對(duì)于許多剛接觸這項(xiàng)技術(shù)的人來(lái)說(shuō)，“高光譜"與“多光譜"這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)常常令人困惑——它們看起來(lái)相似，價(jià)格差異巨大，應(yīng)用效果也各有千秋。
今天這篇文章，咱們用“大白話(huà)+類(lèi)比"把問(wèn)題講透——不用記復(fù)雜公式，一篇文章搞懂兩者的區(qū)別、應(yīng)用場(chǎng)景和選擇邏輯，尤其適合做水質(zhì)溯源的朋友參考。
光譜成像工作原理
先拋個(gè)通俗結(jié)論：任何物質(zhì)都會(huì)“反射"特定的光，不同物質(zhì)反射的光波長(zhǎng)、強(qiáng)度不同，形成的“光譜特征"就像人的指紋——獨(dú)&一&無(wú)&二。
光譜成像技術(shù)，是探測(cè)和分析物體在不同波長(zhǎng)光線(xiàn)下的反射、吸收或發(fā)射特性的科學(xué)方法。
普通相機(jī)拍攝的是人眼可見(jiàn)的整個(gè)可見(jiàn)光波段，而光譜成像技術(shù)則將光線(xiàn)劃分為多個(gè)波長(zhǎng)段進(jìn)行感測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)特性的分析與分類(lèi)。
高光譜和多光譜原理
高光譜和多光譜的核心區(qū)別，就在于“捕捉指紋的精細(xì)度"——好比用相機(jī)拍風(fēng)景：
多光譜：像普通相機(jī)，只拍紅、綠、藍(lán)等幾個(gè)核心顏色（4-20個(gè)“寬波段"），能看清大致景象，但細(xì)節(jié)模糊；
高光譜：像專(zhuān)業(yè)微距相機(jī)，把光拆成數(shù)百個(gè)連續(xù)的“窄波段"（比如400-1000nm范圍拆成224個(gè)波段），連物質(zhì)的細(xì)微差異都能捕捉到。
波段數(shù)量與寬度對(duì)比：“少而寬"vs“多而窄"
波段數(shù)量是多光譜與高光譜最&顯&著的區(qū)別
多光譜是離散的間隔波段，中間有些信息是失真的，多光譜是只關(guān)注某幾個(gè)波段的數(shù)據(jù)。 比如奧譜天成的NY3300PRO的450nm, 530nm, 555nm, 650nm, 685nm, 840nm，就530nm而言，指的是這塊濾光片可以過(guò)530nm的光，但是不是單純的只過(guò)530nm，一般是530nm±10nm的一個(gè)范圍，在530nm這個(gè)地方信號(hào)最&強(qiáng)，兩端最弱，類(lèi)似于山峰和山腳。
高光譜是光譜儀分光，多光譜是濾光片濾光。高光譜對(duì)比多光譜的優(yōu)勢(shì)在于，高光譜可以在連續(xù)的波段范圍內(nèi)，間隔幾個(gè)nm就采集一個(gè)信號(hào)，形成連續(xù)平滑的光譜曲線(xiàn)，因此可以得到豐富的波段信息，讓用戶(hù)更容易得到想了解的波段。
水質(zhì)應(yīng)用舉例
水質(zhì)的葉綠素a在685nm附近有個(gè)微弱反射峰，多光譜的寬波段會(huì)把這個(gè)峰“平均掉"，只能判斷“可能有藻類(lèi)"；高光譜卻能精準(zhǔn)捕捉到這個(gè)峰，甚至區(qū)分出是哪種藻類(lèi)。
光譜分辨率與識(shí)別能力對(duì)比：“粗略分類(lèi)"vs“精準(zhǔn)識(shí)別"
光譜分辨率是另一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別。光譜分辨率越高（波段越窄），識(shí)別物質(zhì)的能力越強(qiáng)。
多光譜的波段較寬，而高光譜的波段非常窄，通常只有納米級(jí)別。例如在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中，多光譜相機(jī)可獲取紅邊波段（約700-730nm）的信息。
而高光譜相機(jī)能獲取這一范圍內(nèi)連續(xù)的多個(gè)窄波段數(shù)據(jù)。
水質(zhì)應(yīng)用舉例
如果您只想看哪里有水華、哪里是清水，多光譜的幾個(gè)寬波段就夠了。
但如果您想知道水華是藍(lán)藻、綠藻還是硅藻，那就需要高光譜它能建立光譜庫(kù)，通過(guò)光譜匹配，識(shí)別出物質(zhì)的化學(xué)成分，才能精準(zhǔn)識(shí)別。
采集的數(shù)據(jù)形式
多光譜： 數(shù)據(jù)量小，處理簡(jiǎn)單，出圖快，硬件成本低
高光譜： 數(shù)據(jù)量巨大（“數(shù)據(jù)立方體"），處理復(fù)雜，需要專(zhuān)業(yè)的算法和軟件，硬件成本高昂。
下面的表格直觀(guān)展示了兩種技術(shù)的關(guān)鍵差異：
通俗來(lái)說(shuō)：
想象一下，陽(yáng)光是一桶混雜了各種顏色珠子的混合物，而我們要通過(guò)一種工具去觀(guān)察這桶珠子。
無(wú)人機(jī)多光譜：像“粗篩子"它就像一個(gè)只有幾個(gè)大孔的篩子。它只能把珠子粗略地分成幾大類(lèi)，比如“紅色的"、“綠色的"、“藍(lán)色的"和“看不見(jiàn)的紅外線(xiàn)"。它能告訴您水里有“東西"，大概是什么顏色，水體的總體狀況如何。
無(wú)人機(jī)高光譜：像“細(xì)濾網(wǎng)"它則像一個(gè)擁有成百上千個(gè)極細(xì)密孔洞的濾網(wǎng)。它能把陽(yáng)光分解成幾十甚至幾百種非常精細(xì)的顏色（波段）。它不僅能認(rèn)出珠子的顏色，還能分辨出是“深紅"還是“淺紅"，是“某種特定的塑料反光"還是“某種特定的藻類(lèi)"。它能告訴您水里具體是“什么物質(zhì)"，甚至能分析出化學(xué)成分的細(xì)微差別。
水質(zhì)監(jiān)測(cè)應(yīng)用場(chǎng)景適配
選擇“無(wú)人機(jī)多光譜"的情況（性?xún)r(jià)比之選）
河湖大面積的日常巡查和快速篩查
突發(fā)水污染事件的應(yīng)急監(jiān)測(cè)
預(yù)算有限但需要高頻次監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目
水質(zhì)類(lèi)別從Ⅲ類(lèi)到劣Ⅴ類(lèi)的宏觀(guān)變化跟蹤
選擇“無(wú)人機(jī)高光譜"的情況（專(zhuān)業(yè)精準(zhǔn)之選）
場(chǎng)景1：精準(zhǔn)的污染溯源與定性當(dāng)發(fā)現(xiàn)污染時(shí)，您需要知道污染源到底是什么？是印染廠(chǎng)的特定染料？還是某種特定的化學(xué)物質(zhì)？高光譜能通過(guò)光譜特征“指認(rèn)"罪魁禍?zhǔn)住?/span>
場(chǎng)景2：高精度的水質(zhì)參數(shù)反演您的項(xiàng)目要求出具具體的水質(zhì)指標(biāo)數(shù)值（如COD、BOD、氨氮的具體濃度分布圖）。
場(chǎng)景3：復(fù)雜水體或早期預(yù)警在水體顏色變化不明顯，但化學(xué)成分已發(fā)生微妙變化的早期階段，高光譜能捕捉到這些“隱形"的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)更早的預(yù)警。
奧譜天成高光譜水質(zhì)溯源案例
總結(jié)與建議
多光譜是“廣撒網(wǎng)、看大概"，高光譜是“顯微鏡、看細(xì)節(jié)"。
在實(shí)際應(yīng)用中，兩者也常結(jié)合使用：先用多光譜無(wú)人機(jī)快速飛一遍，圈定“可疑區(qū)域"；然后針對(duì)這些區(qū)域，用高光譜進(jìn)行精細(xì)化掃描和分析。這樣既能控制成本，又能保證效果。
希望這篇文章能幫您撥開(kāi)迷霧，選對(duì)工具，讓無(wú)人機(jī)真正成為您手中的“治水利器"！
