賽斯拜克中國核心技術(shù)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：2024-02-29 瀏覽量：752 作者：
高光譜成像技術(shù)是將傳統(tǒng)的二維成像技術(shù)和光譜技術(shù)有機結(jié)合在一起從而獲得數(shù)據(jù)立方體的一門新興技術(shù),具有空間可識別性、超多波段、光譜分辨率高以及圖譜合一等優(yōu)點,可應(yīng)用于大氣、食品、藥品安全檢測等領(lǐng)域。快照式高光譜成像技術(shù)是高光譜成像技術(shù)的一種,該技術(shù)通過一次拍照即可獲取目標(biāo)二維空間和一維光譜的全部信息,具有成像速度快,可進(jìn)行實時監(jiān)測等突出優(yōu)點。
高光譜成像技術(shù)是將傳統(tǒng)的二維成像技術(shù)和光譜技術(shù)有機結(jié)合在一起從而獲得數(shù)據(jù)立方體的一門新興技術(shù),具有空間可識別性、超多波段、光譜分辨率高以及圖譜合一等優(yōu)點,可應(yīng)用于大氣、食品、藥品安全檢測等領(lǐng)域?？煺帐礁吖庾V成像技術(shù)是高光譜成像技術(shù)的一種,該技術(shù)通過一次拍照即可獲取目標(biāo)二維空間和一維光譜的全部信息,具有成像速度快,可進(jìn)行實時監(jiān)測等突出優(yōu)點。
高光譜成像（Hypespectral）：是一種可以捕獲和分析一片空間區(qū)域內(nèi)逐點上光譜的精細(xì)技術(shù)，由于可以檢測到單個對象不同空間位置上的獨特光譜“特征”因此可以檢測到在視覺上無法區(qū)分的物質(zhì)。
圖2 高光譜波段示意圖
圖3 高光譜成像與顏色成像的區(qū)別
圖4 多光譜、高光譜、超光譜相機的種類
根據(jù)分光原理的不同，現(xiàn)有的高光譜相機主要分為三類：色散型、干涉型和濾光片型。
色散型高光譜相機一般先利用色散元件 (光柵或者棱鏡) 進(jìn)行分光， 再經(jīng)由成像系統(tǒng)成像在探測器上 ；
干涉型高光譜相 機主要是利用干涉圖與光譜圖之間的對應(yīng)關(guān)系，借助 干涉儀來測量譜線元的干涉強度，并對干涉圖進(jìn)行逆傅里葉變換得到目標(biāo)的光譜圖；
濾光片型高光譜 相機則是在成像光路中加入濾光片進(jìn)行分光，根據(jù)濾光片的不同，濾光片型高光譜相機又可以細(xì)分為旋轉(zhuǎn)濾光片型、楔形濾光片型、可調(diào)諧濾光片型和量子點濾光片型。下圖所示為前三種濾光片高光譜相機的原理示意圖?；跒V光片型的高光譜相機具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式簡單、體積小、質(zhì)量輕、空間分辨率高、靈活性好等優(yōu)點。
圖5 高光譜成像原理示意圖
光進(jìn)入相機鏡頭，光電感應(yīng)裝置將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，量化電脈沖信號，記錄為一個像素值。傳感器響應(yīng)函數(shù)設(shè)計為，要使光電感應(yīng)裝置產(chǎn)生這個電脈沖信號，光子強度必須達(dá)到一個閾值。進(jìn)入鏡頭的光子數(shù)量取決于相機的感受野大小，鏡頭能通過的光子。多光譜圖像要分出多個波段，鏡頭會分光，紅濾鏡只過紅光，藍(lán)濾鏡只通過藍(lán)光，假設(shè)相同的光打到全色與多光譜鏡頭上，顯然因為濾光的緣故，多光譜感光器接收到的光子要少于全色感光器。而這些光子已經(jīng)足夠全色產(chǎn)生電脈沖，卻不夠多光譜產(chǎn)生電脈沖，這時，為了接收到更多的光子，多光譜相機需要更大的感受野。也就是說，全色看了一眼北京市，就吃夠了光子，多光譜需要看一遍河北省，才能吃的和全色一樣飽。后面接收光子的底片一樣大，也就是說將北京市和河北省畫到同樣大小的一張紙上且占滿整張紙，顯然北京市的一張紙細(xì)節(jié)要多的多，而河北省的紅綠藍(lán)三張紙卻一片模糊。
物理老師說過，光波穿過狹縫、小孔或者圓盤之類的障礙物時，不同波長的光會發(fā)生不同程度的彎散傳播，再通過光柵進(jìn)行衍射分光，形成一條條譜帶。也就是說：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，照射到高光譜儀上，儀器上的每個像素位置和強度表征光譜和強度。一個點對應(yīng)一個譜段，一條線就對應(yīng)一個譜面。因此高光譜儀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械推掃，完成整個平面的圖像和光譜數(shù)據(jù)采集。
當(dāng)然，好馬配好鞍，高光譜成像，就得用好的設(shè)備。
SineSpec?SPX系列高光譜相機包含可見光（400-700nm）、近紅外（400-1000nm）和短波近紅外（900-1700nm）3種光譜區(qū)域，特點：范圍廣采集速度快。廣泛應(yīng)用于印刷，紡織等各種工業(yè)制品的表面顏色紋理檢測（顏色測量單像素重復(fù)性可達(dá)dE*ab<0.1），成分識別，物質(zhì)鑒別，機器視覺，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)等領(lǐng)域。
| 高光譜相機 | ||||
| 型號 | SP100M | SP120M | SP130M | SP150M |
| 參數(shù) | 可見光高光譜相機 | 可見近紅外高光譜相機 | 可見近紅外高光譜相機 | 近紅外高光譜相機 |
| 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) | 1200(1x),600(2x),300(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 | 25μm | 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) | 1920(1x),960(2x),480(4x) | 320 |
| 像素尺寸 | 5.86 μm | 5.86 μm | 5.86 μm | 30 μm |
| 有效像素位深 | 12bits | 12bits | 12bits | 14 bits |
| 采集速度 | 全譜段≥41fps | 全譜段≥41fps | 全譜段≥128fps | 全譜段≥300fps |
| ROI后可實現(xiàn)390Hz | ROI后可實現(xiàn)390Hz | ROI后可實現(xiàn)3300Hz | ||
| 視場角（FOV） | 15.6°@f=35mm | 15.6°@f=35mm | 15.6°@f=35mm | 15.6°@f=35mm |
| 瞬時視場角（IFOV） | 0.71mrad@f=35mm | 0.71mrad@f=35mm | 0.71mrad@f=35mm | 0.85mrad@f=35mm |
| SNR(PEAK) | 600/1 | 600/1 | 600/1 | 600/1 |
| 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 |
| 可選鏡頭焦距 | 8mm/16mm/25mm/35mm | 8mm/16mm/25mm/35mm | 8mm/16mm/25mm/35mm | 8mm/16mm/25mm/35mm |
| 供電 | 12 V DC | 12 V DC | 12 V DC | 12 V DC |
| 功耗 | <3w | <3w | <3w | ＜5 W（TEC off）/＜12 W（TEC on） |
| 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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