賽斯拜克中國核心技術品牌 博士專業(yè)研發(fā)團隊 18年專注高光譜
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來源：賽斯拜克 發(fā)表時間：2023-08-03 瀏覽量：682 作者：awei
本文介紹了高光譜成像儀的應用范圍和性能評估指標，以及在材料科學、地球科學和醫(yī)學領域的具體應用。重點解釋了光譜分辨率、信噪比、探測器注視時間和集光能力等關鍵性能指標對高光譜成像儀成像效果的影響。
高光譜成像儀的應用范圍和領域，通常取決于其系統(tǒng)性能參數(shù)。高光譜成像儀的性能參數(shù)多種多樣，用于評估系統(tǒng)性能的主要包括工作光譜范圍、光譜分辨率、探測器凝視時間、信噪比和集光能力等。本文詳細介紹了高光譜成像儀的性能評估參數(shù)，對對高光譜成像儀感興趣的朋友們來說，不妨了解一下！
高光譜成像儀可以捕捉到范圍更廣、分辨率更高的光譜數(shù)據(jù)，并將其轉換為數(shù)字圖像。該儀器能夠在不同波長范圍內(nèi)進行成像和光譜分析，因此在材料科學、地球科學、醫(yī)學等領域都有廣泛應用。
1.工作光譜的范圍
工作光譜范圍是指光譜儀可以記錄的光譜范圍，該范圍的確定主要依賴于光學系統(tǒng)中光學元件的透過率或反射率，以及所選擇的探測器的光譜靈敏度范圍。
光譜分辨率
光譜分辨率是探測光譜輻射能量時的最小波長間隔，也即是光譜探測的能力。對于光學系統(tǒng)而言，一般定義為光譜通道的波段寬度。在工作光譜范圍內(nèi)，若分光元件所得光譜通道數(shù)量增多、波段寬度變窄，則光譜分辨率越高。對于探測器來說，光譜分辨率被嚴格定義為儀器達到光譜響應最大值50%時的波長寬度。探測器能夠識別的波段數(shù)越多、波帶范圍越窄，可以更容易區(qū)分和識別地面物體信息，且具有更強的針對性。
信噪比
信噪比（SNR）是指成像光譜儀采集的目標信號（Vs）與噪聲信號（VN）之間的比值。SNR的大小直接影響了目標圖像的分類和識別等數(shù)據(jù)處理效果。光學系統(tǒng)的SNR表達式為：
表達光學系統(tǒng)信噪比的式子。
在上述式子中，δ表示探測器的像素尺寸，tin表示探測器的能量積分時間，τa表示大氣平均透過率，τb表示光學系統(tǒng)平均透過率，E表示太陽在地面的光照強度，D*表示探測器的可探測比，ρ表示地物的反射率，z表示太陽天頂角，Xt表示光譜帶寬，F(xiàn)表示光學系統(tǒng)的光圈值，Δf表示噪聲等效帶寬。從上述公式可以得知，光學系統(tǒng)的光圈值越小，系統(tǒng)透過率越高，探測器像素尺寸越大，探測效率越高，儀器的信噪比也越高。
4.重述：探測器注視時間
當探測器注視時間測量儀器瞬間視場掃過地元目標時，探測器所接收的光能量積分時間也隨之增加。凝視時間越長，探測器所積累的光能量越多，光譜的反應也就越強烈，從而獲得的目標圖像信噪比會更高。
集光本領
集光能力是指光譜儀收集和傳遞光能量的能力，它用于描述目標自身輻射的光譜亮度和儀器能夠探測到的光度數(shù)值之間的關系。對于成像光譜儀來說，可以通過計算狹縫的面積和孔徑的立體角的乘積來得到集光能力。其中，狹縫的寬度會影響光譜分辨率，因此它的尺寸應與像元的尺寸相一致。通過增大光學系統(tǒng)的孔徑立體角，可以提高集光能力。
SC250近紅外高光譜成像儀是一款全新設計制造的高光譜成像儀器，內(nèi)置推掃結構可以快速實現(xiàn)光譜影像的連續(xù)采集，在900-1700nm波段具有較高的靈敏度和穩(wěn)定性，通過輔助相機實現(xiàn)對掃描區(qū)域的監(jiān)控，主機內(nèi)置電源模塊，可實現(xiàn)快速架設完成數(shù)據(jù)采集作業(yè)。全密封式設計可保證在實際使用中不會因為灰塵等影響光譜儀的內(nèi)部光學元件，確保儀器的長期正常使用。
SC250近紅外高光譜成像儀配置標準的信號采集軟件，可進行高光譜影像及光譜數(shù)據(jù)的采集和簡單處理，可實時獲取樣品光譜及影像信息，將掃描結果存儲為圖像、表格等各種格式，數(shù)據(jù)可以被多種第三方專業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件調(diào)用，極大的擴展了儀器的使用范圍。廣泛應用于食品安全與質(zhì)量監(jiān)控/機器視覺、生產(chǎn)過程監(jiān)控、制藥。紙漿和紙檢測、生物量/生物燃料過程控制、遙感與分析、光伏和半導體生產(chǎn)、廢品回收與分選等領域。
1）內(nèi)置輔助相機，實現(xiàn)對掃描區(qū)域的監(jiān)控；
2）圖像分辨率高，可達320*320；
3）采用透射光柵分光方式，具有高衍射效率；
4）使用高穩(wěn)定性的InGaAs探測器，探測效率高，均勻性好，在弱光下也有極高的靈敏度；
1）光譜范圍覆蓋900-1700nm的近紅外光，波長分辨率優(yōu)于6nm；
2）光譜波段數(shù)256，可達256個光譜通道；
3）多種焦距鏡頭可選，8mm/16mm/25mm/35mm焦距鏡頭可根據(jù)用戶需求更換；
4）光譜圖像包含空間、輻射、波譜信息，具有圖譜合一的特點；
1)高靈敏相機和輔助相機配合使用，采集速度≤5s；
2）成像技術和光譜技術相結合，可以采集連續(xù)的光譜影像信息，提高了數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量和效率；
1）采集軟件實時獲取樣品光譜及影像信息，提供SDK便捷易用的二次開發(fā)支持;
2）數(shù)據(jù)接口采用GigE，可實現(xiàn)軟硬件間數(shù)據(jù)的快速傳輸；
1）可在0-40°的溫度下使用；
2）應用范圍涉及陸地、大氣、海洋等多維空間；
3）應用行業(yè)包括：對地遙感、科學研究、醫(yī)學診療、文物檢測、水質(zhì)檢測、工農(nóng)生產(chǎn)、食品安全、航天等；
| 高光譜成像儀 | ||||
| 型號 | SC200 | SC220 | SC230 | SC250 |
| 參數(shù) | 可見光高光譜成像儀 | 可見近紅外高光譜成像儀 | 可見近紅外高光譜成像儀 | 近紅外高光譜成像儀 |
| 分光方式 | 透射光柵 | 透射光柵 | 透射光柵 | 透射光柵 |
| 光譜范圍 | 400-700nm | 400-1000nm | 400-1000nm | 900-1700nm |
| 光譜波段數(shù) | 600(1x),300(2x),150(4x) | 1200(1x),600(2x),300(4x) | 1100(1x),550(2x),275(4x) | 256 |
| 光譜分辨率 | 優(yōu)于2.5nm | 優(yōu)于2.5nm | 優(yōu)于2.5nm | 優(yōu)于6nm |
| 狹縫寬度 | 25μm | 25μm | 20μm | 30μm |
| 透射效率 | >60% | >60% | >60% | >60% |
| F數(shù) | F/2.6 | F/2.6 | F/2.6 | F/2.0 |
| 探測器 | CMOS | CMOS | CMOS | InGaAs |
| 空間像素數(shù) | 1920(1x),960(2x),480(4x) | 1920(1x),960(2x),480(4x) | 1600(1x),800(2x),400(4x) | 320 |
| 像素尺寸 | 5.86 μm | 5.86 μm | 9 μm | 30 μm |
| 有效像素位深 | 12bits | 12bits | 12bits | 14 bits |
| 標配鏡頭焦距 | 25mm | 25mm | 25mm | 25mm |
| 工作距離 | 200mm-∞ | 200mm-∞ | 200mm-∞ | 200mm-∞ |
| 縱向視場角（FOV） | ＞25° | ＞25° | ＞25° | ＞21° |
| 圖像分辨率 | 1920*1920 | 1920*1920 | 1600*1600 | 320*320 |
| 采集速度 | ≤15s | ≤15s | ≤10s | ≤5s |
| 雜散光 | ＜0.5% | ＜0.5% | ＜0.5% | ＜0.5% |
| 數(shù)據(jù)接口 | USB 3.0 | USB 3.0 | USB 3.0 | GigE |
| 鏡頭接口 | C-Mount | C-Mount | C-Mount | C-Mount |
| 可選焦距 | 8mm/16mm/25mm/35mm | 8mm/16mm/25mm/35mm | 8mm/16mm/25mm/35mm | 8mm/16mm/25mm/35mm |
| 供電方式 | 內(nèi)置電池，外接電源 | 內(nèi)置電池，外接電源 | 內(nèi)置電池，外接電源 | 內(nèi)置電池，外接電源 |
| 輔助成像 | 內(nèi)置輔助相機，實現(xiàn)對掃描區(qū)域的監(jiān)控 | 內(nèi)置輔助相機，實現(xiàn)對掃描區(qū)域的監(jiān)控 | 內(nèi)置輔助相機，實現(xiàn)對掃描區(qū)域的監(jiān)控 | 內(nèi)置輔助相機，實現(xiàn)對掃描區(qū)域的監(jiān)控 |
| 重量 | 小于4kg | 小于4kg | 小于4kg | 小于7kg |
| 尺寸 | 長（不含鏡頭）*寬*高（不含腳墊） 297*156*126mm | 長（不含鏡頭）*寬*高（不含腳墊） 297*156*126mm | 長（不含鏡頭）*寬*高（不含腳墊） 297*156*126mm | 長（不含鏡頭）*寬*高（不含腳墊） 297*156*126mm |
| 工作溫度 | ‘0-40℃ | ‘0-40℃ | ‘0-40℃ | ‘0-40℃ |
| 存儲溫度 | ‘0-50℃ | ‘0-50℃ | ‘0-50℃ | ‘0-50℃ |
| 軟件 | 采集軟件+SDK | 采集軟件+SDK | 采集軟件+SDK | 采集軟件+SDK |
| 包裝 | 定制包裝箱 | 定制包裝箱 | 定制包裝箱 | 定制包裝箱 |
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