照相机这种经典成像系统经历了黑白到彩色照相的过程。黑白相机，呈现的是感光器件对某个波长范围内光照的积分响应。如下图所示，红色与黑色的曲线分别是相机A与B的QE曲线，黑白相机最终呈现出来的是对一定波长范围内光的积分结果（波长范围取决于相机所用的滤光片）。

      彩色相机是基于黑白相机的成像原理，引入了R，G，B color filter，使得感光器件分别对R，G，B三个波段的光感光，再进行色彩重建处理，从此成像进入彩色时代。

      自然界中的不同化学属性的物体，对不同波长的光有着不同的吸收能力，所以他们在视觉上呈现出不同的色彩。这是color imaging的理论基础。

      Color imaging 有哪些局限呢？普通Color sensor对于如下所示的两种绿光，积分得到的intensity相同，所以sensor的输出是一样的。所以普通的color imaging不具备光谱的细致区分能力。

      多光谱成像则是让sensor在多个很窄的波段上感受不同的光，普通的color imaging相当于在3个波段（R，G，B）上感光，而多光谱成像则是在4-10个波段上感光，形成多个color channel的图像，所以叫做多光谱成像（Multi spectral imaging）。

      而高光谱成像（hyper spectral imaging）则是在更窄的带宽，更多的波段数感光成像，形成更多的（几百个）颜色通道图像。

      那么这种技术有什么用呢？植物的频谱响应在近红外，植物有着非常高的反射率。利用这个特点，可以用近红外图像分析植物的细胞结构。多光谱成像在食品工业里也有应用。食品在物流过程中经常会被异物污染，比如纸张，金属，塑料等等，这样会给食品加工企业带来很大的风险，利用多光谱成像可以帮助检测食品污染。

      在安防，遥感，医疗等等甚至艺术品鉴赏等等领域，多光谱成像技术都有应用。如何产生多个窄带光谱图像是工程实现的难点，早期主要有两种方法。转轮滤波片法：用很多个color filter 轮流切换拍照，形成若干窄光谱图像。多camera法： 每个camera内部有不同的color filter。很明显这两种方法不够灵活。 

      现在有法布里－佩罗干涉式滤波片（Fabry–Pérot Spectral Filter）能够很方便灵活地分离出的窄带光，而且改变FP cavity length L， 就可以设置filter的不同波段。大大提高了工程应用的灵活性。

      德国的著名工业相机厂商XIMEA提供这种多光谱相机及配套方案，感兴趣的朋友可以去他们的网站上查找相关资料。据说多光谱高光谱成像有100多种应用，下一期我们讲一个英国国家画廊利用高光谱成像分析达芬奇名画的具体应用。

      本文转载微信公众号《大话成像》，知乎专栏《all in camera》原创文章