一、什么是高光譜？

成像光譜技術(shù)由分光計(jì)發(fā)展而來，它是一項(xiàng)新技術(shù)，又名高光譜成像技術(shù)，傳統(tǒng)的光譜分析技術(shù)只能做局部平均光譜分析，而高光譜能夠做到整幅圖的各個(gè)點(diǎn)光譜分析。成像光譜有凝視成像型、推帚型、擺掃型。它能夠在生成一副圖像的同時(shí)獲取這副圖像每個(gè)像素點(diǎn)的光譜信息，實(shí)現(xiàn)“圖譜合一”。高光譜獲取的光譜信息能夠包括圖像中任何一個(gè)像素點(diǎn)的光譜，而普通的地物光譜儀只能獲取測(cè)試地物的平均光譜，所以高光譜獲取的數(shù)據(jù)能夠跟準(zhǔn)確、精細(xì)地去分析被測(cè)地物。它的出現(xiàn)標(biāo)志著光學(xué)遙感進(jìn)入了高光譜遙感階段，利用從高光譜數(shù)據(jù)反演的地物反射光譜特征，能研究地球表面物體的分類、物質(zhì)的成分、含量、存在狀態(tài)、空間分布及動(dòng)態(tài)變化。

2.1 典型地物光譜特征

高光譜相機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。在環(huán)境監(jiān)測(cè)中，它能夠用于植被健康檢測(cè)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)和大氣成分分析等；在農(nóng)業(yè)中，它可以實(shí)現(xiàn)作物分類、病蟲害檢測(cè)和土壤肥力評(píng)估；在工業(yè)檢測(cè)中，高光譜相機(jī)可用于材料分類和產(chǎn)品質(zhì)量控制；在醫(yī)療健康領(lǐng)域，它在皮膚病診斷和組織分析方面展現(xiàn)了巨大的潛力；在國防和安全領(lǐng)域，它則能夠進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別和偽裝檢測(cè)。這些應(yīng)用展現(xiàn)了高光譜相機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛價(jià)值。

與傳統(tǒng)成像設(shè)備相比，高光譜相機(jī)具有顯著的優(yōu)勢(shì)。普通彩色相機(jī)只能捕捉紅、綠、藍(lán)三種顏色的信息，而高光譜相機(jī)則能夠捕捉數(shù)百甚至上千種光譜信息，從而實(shí)現(xiàn)更高的光譜分辨率和更精確的物質(zhì)識(shí)別能力。相比于光譜儀，高光譜相機(jī)不僅能夠進(jìn)行光譜分析，還能同時(shí)實(shí)現(xiàn)空間成像，具備獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

高光譜相機(jī)的市場(chǎng)前景廣闊。隨著技術(shù)的發(fā)展，便攜式高光譜相機(jī)和小型化趨勢(shì)正逐漸興起，同時(shí)數(shù)據(jù)處理技術(shù)的進(jìn)步也在不斷推動(dòng)高光譜成像技術(shù)的發(fā)展。

二、實(shí)驗(yàn)背景

2.1 應(yīng)用背景

由于手機(jī)背板顏色的均勻性影響著產(chǎn)品本身的品質(zhì)，而傳統(tǒng)的人工檢測(cè)方式雖然能識(shí)別大部分的異色產(chǎn)品，但是基于主觀的測(cè)試條件會(huì)讓產(chǎn)品的判斷標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一且工作量龐大，因此希望能通過高光譜相機(jī)檢測(cè)出手機(jī)背板的異色區(qū)域和正常區(qū)域。

2.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

對(duì)使用高光譜相機(jī)的方式來區(qū)別出手機(jī)背板的異色區(qū)域和正常區(qū)域的可行性進(jìn)行驗(yàn)證。

便攜式高光譜成像系統(tǒng)

地物光譜儀采集與分析

3.1 實(shí)驗(yàn)儀器列表

3.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

原理示意圖

將樣品放置在均勻光源下，通過光譜相機(jī)可以獲取來自樣品反射光的光譜數(shù)據(jù)，光譜數(shù)據(jù)可以用于驗(yàn)證異色區(qū)域和正常區(qū)域的差異，前后一共進(jìn)行兩次測(cè)量實(shí)驗(yàn)。

測(cè)量手機(jī)背板樣品共計(jì) 38 片，報(bào)告內(nèi)容以 1-6 號(hào)數(shù)據(jù)展示。

圖 1 樣品圖片

圖 2 測(cè)試環(huán)境

圖3 測(cè)試環(huán)境

第一次實(shí)驗(yàn)

1號(hào)樣品

2號(hào)樣品

3號(hào)樣品

4 號(hào)樣品

5 號(hào)樣品

6 號(hào)樣品

通過相機(jī)拍攝的圖片和樣品本身的圖片對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)直接通過觀察圖像是很難去識(shí)別一些 異色不明顯的樣品的。在光譜對(duì)比上，在標(biāo)簽附近區(qū)域選擇多個(gè)位置的光譜對(duì)比，發(fā)現(xiàn)除了 強(qiáng)度上有變化其余在光譜趨勢(shì)上幾乎一致。

第二次實(shí)驗(yàn)

1號(hào)樣品

2 號(hào)樣品

3 號(hào)樣品

4 號(hào)樣品

5 號(hào)樣品

6 號(hào)樣品

第二次實(shí)驗(yàn)換了光源和相機(jī)，整體的效果跟第一次實(shí)驗(yàn)一樣 6 個(gè)樣品的異色區(qū)域跟正常區(qū)域差異不明顯。在光譜上，異色區(qū)域和正常區(qū)域的光譜在 400-1000nm 同樣沒有太大區(qū)別，光譜的趨勢(shì)是一致的只有光譜強(qiáng)度上的小差異，但是光譜強(qiáng)度上的差異很大程度上是受光源的均勻性和穩(wěn)定性影響。

推薦：

地物光譜儀iSpecField-HH/NIR/WNIR

地物光譜儀是萊森光學(xué)專門用于野外遙感測(cè)量、土壤環(huán)境、礦物地質(zhì)勘探等領(lǐng)域的最新明星產(chǎn)品，獨(dú)有的光路設(shè)計(jì)，噪聲校準(zhǔn)技術(shù)、可以實(shí)時(shí)自動(dòng)校準(zhǔn)暗電流，采用了固定全息光柵一次性分光，測(cè)試速度快，最短積分時(shí)間最短可達(dá)20μs，操作靈活、便攜方便、光譜測(cè)試速度快、光譜數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，廣泛應(yīng)用于遙感測(cè)量、農(nóng)作物監(jiān)測(cè)、森林研究、海洋學(xué)研究和礦物勘察等各領(lǐng)域。

審核編輯 黃宇