欧美人与禽zoz0性3d,国产激情综合在线看,yellow高清在线观看免费观看视频,欧美一级全黄

賽斯拜克中國核心技術(shù)品牌 博士專業(yè)研發(fā)團(tuán)隊   18年專注高光譜

咨詢熱線:400-888-5135

揭秘高光譜成像技術(shù):打開多維視覺的新世界

來源:賽斯拜克 發(fā)表時間:2023-06-29 瀏覽量:1253 作者:awei

隨著科技的不斷發(fā)展,成像技術(shù)進(jìn)入了一個全新的時代。高光譜成像技術(shù),作為一種新興的成像方式,正在逐漸改變著我們對世界的觀察和認(rèn)知。它不僅在多個領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景,而且對人類生活的許多方面產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

高光譜成像技術(shù),顧名思義,是一種能夠捕捉物體光譜信息的成像技術(shù)。與傳統(tǒng)的成像技術(shù)相比,高光譜成像技術(shù)可以獲取更多的光譜信息,從而呈現(xiàn)出更豐富、更精確的圖像。這種技術(shù)利用光譜儀將光譜分解成多個不同的波長,進(jìn)而捕捉到超出人類視覺范圍的光譜信息。

揭秘高光譜成像技術(shù):打開多維視覺的新世界

高光譜成像技術(shù)是一個怎樣的高科技

高光譜成像儀作為新一代傳感器,能夠獲取連續(xù)窄波段的光譜信息,從而識別出具有診斷性波譜的地物。現(xiàn)有的高光譜傳感器主要是航天高光譜傳感器、航空高光譜傳感器、地面高光譜成像儀及無人機(jī)載高光譜成像載荷,搭載在包括衛(wèi)星、飛機(jī)、無人機(jī)和地面工作平臺等不同高度的遙感平臺上。


高光譜成像的目標(biāo)是獲得場景圖像中每個像素的光譜,目的是發(fā)現(xiàn)物體、識別材料或檢測過程。光譜成像儀一般有三個分類,有推掃式掃描儀和相關(guān)的掃掃式掃描儀(空間掃描),可以隨時間讀取圖像,帶序列掃描儀(光譜掃描),可以獲取不同波長區(qū)域的圖像,以及快照高光譜成像,使用凝視陣列在瞬間生成圖像。

1688010404370198.png


形象地說,高光譜傳感器將信息收集為一組“圖像”。每個圖像代表電磁頻譜的一個狹窄波長范圍,也稱為光譜帶。這些“圖像”被組合成三維(x,y,λ)高光譜數(shù)據(jù)立方體,用于處理和分析,其中x和y表示場景的兩個空間維度,λ表示光譜維度(包括一系列波長)。高光譜圖像的采集和處理也稱為成像光譜學(xué),或參考高光譜立方體,稱為3D光譜學(xué)。



有許多參數(shù)可以表征獲得的數(shù)據(jù):

空間分辨率,可以用整個圖像的像素數(shù)或表面上可分辨的最小平方面積來描述。如果像素太大,則在同一像素中捕獲多個對象,并且難以識別。如果像素太小,則每個傳感器單元捕獲的強(qiáng)度較低,降低的信噪比會降低測量特征的可靠性。通常,它取決于照相相機(jī)的百萬像素數(shù)。

光譜分辨率,定義系統(tǒng)能夠區(qū)分的最小光譜變化。對于設(shè)備來說,它是所捕獲光譜的每個頻帶的寬度。如果掃描儀檢測到大量相當(dāng)窄的頻帶,即使僅在少數(shù)像素中捕捉到物體,也可以識別物體。

輻射測量精度,即系統(tǒng)測量光譜反射率百分比的精度。


光譜成像技術(shù)的介紹


光源發(fā)出包含各個頻率(不同波長)的光,這些光照射到物體上,由于物體表面物質(zhì)的物理性質(zhì)導(dǎo)致一部分光被物體表面吸收,另一部分光被反射出去。其機(jī)理是物質(zhì)內(nèi)部不同的分子、原子和離子對應(yīng)著不同特征分布的能級,在特定頻率的波譜下產(chǎn)生躍遷,由此引起不同波長的光譜發(fā)射和吸收,從而產(chǎn)生不同的光譜特征。

高光譜成像技術(shù)的介紹

圖1 蔬菜葉子在太陽光下的簡單光譜曲線

在同樣條件下,不同物質(zhì)(對應(yīng)不同的原子、分子或分子基團(tuán))的光譜特性具有唯一性和一些特性,依據(jù)這些特性就可以對被測物體進(jìn)行分析。

傳統(tǒng)光譜技術(shù),都是通過待測物自發(fā)光或者與光源的相互作用而進(jìn)行分析的物體的,從空間維度上看,傳統(tǒng)光譜技術(shù)大多是針對一個單點位置,也就是單點的光譜儀。而光譜成像則是結(jié)合了光譜技術(shù)和成像技術(shù),將光譜分辨能力和圖形分辨能力相結(jié)合,造就了空間維度上的面光譜分析,也就是現(xiàn)在的多光譜成像和高光譜成像技術(shù)。


1.      多光譜與高光譜

       光譜成像技術(shù),其本質(zhì)是充分利用了物質(zhì)對不同電磁波譜的吸收或輻射特性,在普通的二維空間成像的基礎(chǔ)上,增加了一維的光譜信息。成像光譜可以同時獲取影像信息與像元的光譜信息,根據(jù)光譜分辨率不同介紹下多光譜成像、高光譜成像技術(shù);

       多光譜技術(shù)(Multispectral):目標(biāo)物波段數(shù)在3~30之間(通常大于等于3個);

       高光譜成像(Hypespectral):目標(biāo)物波段數(shù)在100~300之間,光譜分辨率一般會更精細(xì)。

高光譜成像技術(shù)的介紹

圖2  RGB 成像、多光譜成像和高光譜成像的比較 2

       高光譜成像是一種基于光譜分析的新技術(shù)。它收集數(shù)百幅不同波長的圖像對于相同的空間區(qū)域。收集到的數(shù)據(jù)形成一個所謂的高光譜立方體,通常圖像的橫縱坐標(biāo)分別表示光譜的波長和光譜強(qiáng)度。該數(shù)據(jù)立方體由沿著光譜軸的以一定光譜分辨率間隔的連續(xù)二維圖像組成。

高光譜成像技術(shù)的介紹

圖3 光譜立方示意圖



1.      多光譜或高光譜簡單分類

從光譜信息的獲取方式來看,高光譜成像主要存在以下兩大類,如圖4:

(1)       基于掃描方法(多次曝光),該方法還可分為3種形式:點掃描、線掃描、譜掃描;

(2)       計算成像方法(單次曝光的高光譜成像);

高光譜成像技術(shù)的介紹

圖4 基于掃描方法與計算成像方法示意圖 2



1.      高光譜與多光譜的區(qū)別

      很多時候材料的反射率特征光譜相對于波長的變化可能非常復(fù)雜,而其他微小特征使用較粗糙的多光譜成像方法也有可能無法分辨。

高光譜成像技術(shù)的介紹

 圖5 多光譜與高光譜區(qū)別示意圖 3

      上圖中使用多光譜成像(左)識別無法分辨的物質(zhì),通過使用高光譜成像(右)被分辨出來。其原因是由于高光譜具有更多的光譜頻帶,因此可以通過更高的光譜分辨率準(zhǔn)確地獲得更復(fù)雜的指紋特征。

      總結(jié)來說,高光譜相對多光譜有以下優(yōu)勢:

l  通過更高光譜分辨率獲得更復(fù)雜、更精準(zhǔn)的光譜特征信息;

l  獲取更豐富的光譜波段信息,應(yīng)用場景更豐富;

l  可用一套硬件根據(jù)應(yīng)用靈活選擇光譜序列,免去系統(tǒng)重新設(shè)計的過程;


1.      高光譜成像技術(shù)關(guān)鍵參數(shù)

       對于多種多樣的光譜成像技術(shù)如何評價和了解,可以重點關(guān)注空間分辨率、光譜分辨率和準(zhǔn)確率等主要參數(shù),同時關(guān)注成像系統(tǒng)在設(shè)計復(fù)雜度、物理尺寸、系統(tǒng)成本、可量產(chǎn)性、可靠性方面??偟膩碚f,就是得到一個穩(wěn)定可靠的高質(zhì)量的光譜圖像,是整個技術(shù)的核心。下面簡單介紹幾個關(guān)鍵參數(shù)。


空間分辨率(Spatial Resolution)

      空間分辨率是評價傳感器性能和圖像的重要指標(biāo)之一,同樣也是用成像像素來表征空間分辨率,一般分辨率在一百萬以下。


光譜分辨率(Spectral Resolution)

       指光譜系統(tǒng)所選用的波段數(shù)多少、各波段的波長位置、及波長間隔的大小。即通道數(shù)、中心波長、帶寬三個因素共同決定光譜分辨率,可理解為能夠區(qū)分或識別光譜中各波段光的能力。與光譜儀的分辨能力密切相關(guān)。分得愈細(xì),波段愈多,光譜分辨率就愈高。

       光譜分辨率是一個概念,狹義的光譜分辨率僅指波段寬度,如何計算需要一個指標(biāo),半波寬度就是這個指標(biāo)。

半峰全寬(Full width at half maximum)

      英文簡稱FWHM,也稱作半高全寬、或半高寬、半波寬。指達(dá)到光譜峰高一半處的光譜寬度。如下圖。半波寬是衡量高光譜成像系統(tǒng)的一個關(guān)鍵技術(shù)參數(shù),可表征其對光譜細(xì)分和區(qū)分的能力。多光譜常見半波寬在10-1λ量級 ,高光譜通常在10-2λ量級。

高光譜成像技術(shù)的介紹

 圖6 FWHW示意圖



光譜采樣率

      通俗理解為通道數(shù),即能獲取的不同中心波長的波段數(shù)。多光譜常見3-30個 ,高光譜通常在100-300個。相同條件下,高光譜成像系統(tǒng)支持的通道數(shù)的多少,由光譜調(diào)節(jié)精細(xì)度、靈活度決定。

可靠性

      畢竟光譜信息屬于光與物體相互作用所產(chǎn)生的信息,比較敏感。那么穩(wěn)定性、一致性、抗震動等就變得非常重要。有很多的器件隨溫度變化、機(jī)械和時間變化形成的漂移是成像系統(tǒng)的主要誤差來源,實際應(yīng)用中的測試精度很大依賴于成像系統(tǒng)在此方面的穩(wěn)定性。主要關(guān)注溫度漂移特性、震動穩(wěn)定性等。沒有穩(wěn)定一致的物理數(shù)據(jù)采集,要保證基于數(shù)據(jù)的算法運(yùn)行有良好應(yīng)用效果有很大難度。


1.      高光譜主流技術(shù)類型分析

      目前高光譜成像技術(shù)發(fā)展迅速,主流常見的包括光柵分光、聲光可調(diào)諧濾波分光AOTF、液晶光學(xué)濾波LCTF、棱鏡分光、芯片鍍膜、法珀腔MEMS芯片等。下面簡單介紹現(xiàn)基本原理和差異:


光柵分光

       空間中的一維信息通過鏡頭和狹縫后,不同波長的光按照不同程度的彎散傳播,這一維圖像上的每個點,再通過光柵進(jìn)行衍射分光,形成一個譜帶,照射到探測器上,探測器上的每個像素位置和強(qiáng)度表征光譜和強(qiáng)度。一個點對應(yīng)一個譜段,一條線就對應(yīng)一個譜面,因此探測器每次成像是空間一條線上的光譜信息,為了獲得空間二維圖像再通過機(jī)械推掃,完成整個平面的圖像和光譜數(shù)據(jù)采集。

高光譜成像技術(shù)的介紹


棱鏡分光

       入射光通過棱鏡后被分成不同的方向,然后照射到不同方向的探測器上進(jìn)行成像。棱鏡分光后,在棱鏡的出射面鍍了不同波段的濾光膜,使得不同方向的探測器可以采集到不同光譜信息,實現(xiàn)同時采集空間及光譜信息。

高光譜成像技術(shù)的介紹

圖8 棱鏡分光原理圖 6

      由于系統(tǒng)是基于單個分立器件的,為了保證空間分辨率和光譜分辨率,必須引入物鏡、光闌、準(zhǔn)直器、各類透鏡等光學(xué)器件,同時必須考慮各種器件之間的聚焦、準(zhǔn)直問題,這就導(dǎo)致傳統(tǒng)的系統(tǒng)復(fù)雜度很高、體積較大、成本頗高、應(yīng)用范圍受到極大限制。針對不同應(yīng)用要求的修改,系統(tǒng)再設(shè)計復(fù)雜度非常高。目前市場上主要這類系統(tǒng)多為面向科研及大型檢測單位應(yīng)用。


聲光可調(diào)諧濾波分光(AOTF)

      AOTF由聲光介質(zhì)、換能器和聲終端三部分組成。射頻驅(qū)動信號通過換能器在聲光介質(zhì)內(nèi)激勵出超聲波。改變射頻驅(qū)動信號的頻率,可以改變AOTF衍射光的波長,從而實現(xiàn)電調(diào)諧波長的掃描。

高光譜成像技術(shù)的介紹

圖9 AOTF原理圖 5

    AOTF系統(tǒng)組成:成像物鏡+準(zhǔn)直鏡+偏振片+晶體+偏振片+物鏡+detector,為了保證入射光經(jīng)過準(zhǔn)平行鏡之后能夠完全變化成平行光,因此對前端的物鏡視場角有一定的要求。本技術(shù)的缺陷是無法做大尺寸,目前可看到的只是單點的光譜儀。


液晶光學(xué)濾波(LCTF)

     LCTF濾光型光譜成像技術(shù)特征是:施加不同的電壓,調(diào)節(jié)雙折射液晶造成的相位差,從而使不同波長的光發(fā)生干涉,實現(xiàn)對不同波長的連續(xù)可調(diào)性掃描?;窘Y(jié)構(gòu)如下:

高光譜成像技術(shù)的介紹

圖10 LCTF結(jié)構(gòu)圖 6

LCTF的液晶對外界的環(huán)境溫度非常敏感,造成溫漂,使檢測結(jié)果不準(zhǔn),另外的缺陷就是成本高,無法降低,至今從研究成果和已推出市場的產(chǎn)品看,技術(shù)路線不是太樂觀。

芯片鍍膜

      歐洲微電子研究中心IMEC在這方面投入了大量的研究,采用高靈敏CCD芯片及SCMOS芯片研制了一種新的高光譜成像技術(shù),在探測器的像元上分別鍍不同波段的濾波膜實現(xiàn)高光譜成像。如圖所示

高光譜成像技術(shù)的介紹

圖11 4x4濾光片陣列拼接的馬賽克鍍膜示意圖 6

        該方式在CMOS表面鍍膜,對應(yīng)帶來的限制空間解析度較多低,要求每個鍍膜高度一致性,那么芯片生產(chǎn)工藝要求高,對批量生產(chǎn)有很大挑戰(zhàn)。也因為無法全光譜連續(xù)可調(diào),在應(yīng)用場景不靈活,會有一定的限制,一般可作定性。


法珀腔MEMS芯片

       法布里-珀羅干涉儀簡稱FPI或法珀腔,是一種由兩塊平行的玻璃板組成的多光束干涉儀。特性為當(dāng)入射光的頻率滿足其共振條件時,其透射頻譜會出現(xiàn)很高的峰值,對應(yīng)著很高的透射率。

高光譜成像技術(shù)的介紹

圖12 Fabry-Perot Interferometer

        基于法布里珀羅腔體原理設(shè)計,結(jié)合MEMS芯片微加工工藝及成熟的圖像傳感器技術(shù)實現(xiàn)的高光譜成像,能快速實現(xiàn)寬光譜輸入,特定光譜選通輸出,完成不同光譜圖像信息采集。此種方式與現(xiàn)有器件產(chǎn)業(yè)鏈及模組工藝很好地結(jié)合,同時擁有這種MEMS器件尺寸極小、性價比高的優(yōu)點,適合大批量生產(chǎn)。當(dāng)然這種方式目前全世界只有個別的研究所和公司在研究,技術(shù)門檻高。

高光譜成像技術(shù)的介紹

圖13 基于法珀腔MEMS芯片的高光譜原理



高光譜成像技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,高光譜成像技術(shù)通過對農(nóng)作物的高光譜圖像進(jìn)行分析,我們可以了解植物的生長狀態(tài)、土壤的營養(yǎng)狀況、病蟲害的存在等。這些信息能夠幫助農(nóng)民提前探測并診斷作物的問題,從而及時采取相應(yīng)的措施,提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。


在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域,高光譜成像技術(shù)通過對城市、森林、湖泊等地區(qū)進(jìn)行高光譜成像,我們可以分析出大氣污染物、水質(zhì)變化、植被覆蓋度等信息。這有助于監(jiān)測環(huán)境污染程度,提前發(fā)現(xiàn)并及時處理潛在的環(huán)境問題,保護(hù)我們的地球。



在在醫(yī)學(xué)診斷和生命科學(xué)研究領(lǐng)域,高光譜成像技術(shù)夠提供大量的生物組織或細(xì)胞的光譜信息,從而幫助醫(yī)生進(jìn)行早期疾病檢測和診斷。例如,通過高光譜成像可以檢測出癌癥細(xì)胞與正常細(xì)胞的光譜差異,從而實現(xiàn)早期癌癥的診斷和治療。


在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域,高光譜成像技術(shù)也有著不可替代的作用。例如,在監(jiān)測水污染方面,高光譜成像技術(shù)可以捕捉到不同污染物在不同光譜段的吸收和反射信息,從而可以更準(zhǔn)確地判斷污染物的種類和濃度。此外,在大氣污染監(jiān)測、土地利用調(diào)查等方面,高光譜成像技術(shù)也有著出色的表現(xiàn)。


在軍事偵察領(lǐng)域,高光譜成像技術(shù)同樣具有重要的意義。由于高光譜成像技術(shù)可以在夜間和惡劣的天氣條件下捕捉到更多的信息,因此它可以用于偵察敵方目標(biāo),提高軍事行動的效率和安全性。此外,高光譜成像技術(shù)還可以用于軍事領(lǐng)域的其他方面,如地形測繪、資源調(diào)查等。


在礦物勘探領(lǐng)域,高光譜成像技術(shù)也成為了一種重要的探測手段。由于不同礦物在不同光譜段的吸收和反射信息不同,因此高光譜成像技術(shù)可以捕捉到這些差異,從而實現(xiàn)礦物的快速、準(zhǔn)確勘探。


高光譜成像技術(shù)的應(yīng)用案例

在水果和蔬菜檢測方面的應(yīng)用


02

在谷物和谷物成分分析領(lǐng)域中的應(yīng)用

高光譜成像技術(shù)已成功應(yīng)用在谷物和谷物成分分析領(lǐng)域中。這一技術(shù)已是實時評估和分揀的核心部分。HSI不僅可以提供出:尺寸、形狀、顏色等參數(shù)。同時,還可以評估出影響食物的營養(yǎng)價值的參數(shù),比如:油脂、含水率、蛋白質(zhì)等,甚至是否含有致病物質(zhì)。而且,還可以分選出遭受霉菌毒素、黃曲霉毒素、寄生蟲侵害的谷類。

03

在檢查家禽、魚肉類的領(lǐng)域中的應(yīng)用

由于魚肉類的營養(yǎng)價值較高,但它們?nèi)菀资艿轿⑸镂廴?,因此可能會危害消費者健康。而高光譜成像技術(shù)是一種快速、準(zhǔn)確的檢測技術(shù),已廣泛應(yīng)用于牛肉、豬肉以及魚肉監(jiān)測中。該技術(shù)可用來衡量高營養(yǎng)價值魚類生產(chǎn)線上,魚肉的鮮度、貯存條件和時間,也可以檢測氨基酸和脂肪酸,脂類物質(zhì)是否氧化,是否含有污血及霉菌等。



04

其他方面應(yīng)用

  • 文物檢測

文物高光譜掃描成像系統(tǒng)(HS-VN-CR (380-2500))是中科譜光團(tuán)隊為故宮文物醫(yī)院研發(fā)的目前世界上最大的一臺針對文物檢測的高光譜掃描成像系統(tǒng),包括高光譜掃描成像儀和文物高光譜圖像分析軟件,是為文物鑒定和保護(hù)提供光譜數(shù)據(jù)服務(wù)的專用設(shè)備,在文物數(shù)字化存檔、文物診斷與修復(fù)等方面發(fā)揮了重要作用。



  • 物證檢測

物證高光譜成像儀(HS-VN-PE (330-1050))是中科譜光團(tuán)隊為上海司法鑒定科學(xué)研究院定制的一款物證檢測智能設(shè)備,該產(chǎn)品能夠無接觸、無損、準(zhǔn)確快速采集目標(biāo)光譜影像,可自動檢測指紋、體液、毛發(fā)、皮屑等生物特征,也可用于現(xiàn)場快速文檢,識別文件涂改、覆蓋等物證信息,為公安人員提升物證現(xiàn)場采集能力、提高辦案效率提供了強(qiáng)有力的高科技手段。



· 工業(yè)質(zhì)量控制--高光譜成像可檢測生產(chǎn)線上的異物;

· 醫(yī)學(xué)--高光譜成像在醫(yī)學(xué)中有廣泛的應(yīng)用,可區(qū)分不同類型組織中異常血流或氧氣供應(yīng);

· 回收--紅外高光譜成像可以區(qū)分不同類型的塑料,有助于廢棄塑料回收。

一套完整的桌面式高光譜掃描方案,包括: 光譜相機(jī)、掃描臺、樣品架、照明系統(tǒng)、聚焦目標(biāo)、數(shù)據(jù)采集和分析軟件等。

高光譜成像技術(shù)發(fā)展趨勢與應(yīng)用展望

高光譜成像技術(shù)作為一種新興的成像方式,正在逐漸改變著我們對世界的觀察和認(rèn)知。隨著高光譜成像技術(shù)的不斷發(fā)展,它將在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,為人類生活帶來更多便利和創(chuàng)新。


相關(guān)產(chǎn)品

高光譜相機(jī)技術(shù)排行榜top10

高光譜相機(jī)技術(shù)相關(guān)推薦

色综合天天天天综合狠狠爱 | 久草影院| 亚洲成色在线综合网站| 亚洲一卡一卡二新区无人区| 琼结县| 久艹在线| 国产亚洲精品电影| 国产精品内射久久久久欢欢 | 欧美国产成人精品二区| 欧美激情性做爰免费视频| 国产一级久久| 国产真实91东北熟妇hdxxx| 欧美综合网| 国产乱子轮XXX农村| 亚洲VA中文字幕无码久久不卡| 久久综合国产乱子伦精品免费| 精品综合久久久久久888蜜芽| 尤物麻豆AV在线| 津市市| 新超碰97| 婷婷97| 亚洲国产精品18久久久久久| 亚洲精品无码MV在线观看| 欧美牲交VIDEOSSEXES| 国产AV无码专区亚洲琪琪| 久久久久国产精品嫩草影院| 亚洲中文字幕在线第6页| 国产深夜男女无套内射| 免费的黄网站在线观看 | 欧洲免费无线码在线观看| 国产精品日日摸夜夜添夜夜添无码| 少妇人妻无码永久免费视频| 丰满放荡岳乱妇91ww| 狠狠狠狠狠狠2019新版免费| 亚洲av人人澡人人人夜| 97精品国产| 汾西县| 国产精品毛片va一区二区三区| 北条麻妃一区二区三区在线观看| 天天做夜夜躁狠狠躁视频| 欧美激情久久久|