【技術文章】成像領域新利器——高光譜相機

高光譜應用領域廣泛，可以應用在以下領域

（1）農業和植被

（2）食品

（3）垃圾回收

（4）地質研究

（5）環境監測

（6）醫療醫藥

（7）色彩測量

（8）國防安全

（9）航空領域

（10）汽車領域

更多探索領域……

近年來隨著無人機發展的日漸成熟，無人機搭載高光譜相機的應用領域不斷拓展，例如，利用無人機搭載高光譜相機對土壤氮磷鉀進行了監測研究，研究結果為土地的大范圍施肥提供決策依據;通過無人機高光譜相機獲取水稻田的高光譜影像，進而分析水稻的葉片氮含量，所構建的模型精度為R2=0.85，研究結果為無人機高光譜遙感反演水稻氮水平提供了理論依據;使用無人機搭載高光譜相機，可以測量樹上蘋果的糖含量，并在收獲季節之前預測質量，確定其等級。

水份含量是許多行業中至關重要的一個參數:

對于食品行業來說，這個參數與產品質量密切相關。例如，它是肉類行業新鮮程度的指標。在生產干果時，也需要對其進行適當監測。

監測燃料(如木船)的水份含量，以優化燃燒過程和效率。

在造紙行業，水份含量需要在許多生產階段進行監控，以此來確保質量。

在精準農業中，葉片的水份含量是植物健康的良好指標。

因此，監測水份含量可以提高許多行業的生產質量并幫助其優化工藝。靈敏和精確的檢測技術正是我們所需要的，在這種背景下，Specim相機提供了多種方案。

水在近紅外光譜范圍內具有很強的吸收特性，因此使用SpecimFX17來監測其含量是十分清晰而明顯的。近紅外光譜結合化學計量算法可以定量地顯示水份含量。由于光譜成像結合了光譜和成像，因此FX17還可以繪制水份的空間分布，這對某些應用(如精密農業和肉類加工)至關重要。

在本案例中，我們研究了肉糜樣品的水份含量。水份含量與新鮮程度密切相關，且需要精確監測，特別是在產品包裝之前。在這項研究中，Atria公司(考哈約基,芬蘭)提供了10個肉糜樣本，為了了解樣本的水份含量，我們找第三方實驗室進行水份分析認證(位于芬蘭塞伊奈約基的Seilab公司;方法為NMKL14:2012;見下表1)。

表1：本研究中包括每個樣品的水分含量(g/100g)。樣品3和9用于驗證。

我們使用SpecimFX17高光譜相機測量樣品。它收集了圖像上每個像素的近紅外光譜(900- 1700nm)。這些數據可以通過回歸模型轉換為水份含量。我們使用其中的8個樣本來建立和校準模型，使用剩下的兩個樣本進行驗證(表1中用*表示)，最后使用perClassMira軟件處理數據。

塑料是多種材料(聚合物)與不同化合物和添加劑(如顏料或纖維)的組合，具體類別取決于其用途。目前，不同類型的塑料很難區分，這就是塑料難以分離和回收的原因。

奧爾胡斯大學生物與化學工程系的研究人員與Vestforbrnding、DanskAffaldsminimering Aps 和PLASTIX合作開發了一種新的高光譜相機技術，可以分辨出12種不同類型的塑料之間的差異，涵蓋了絕大多數家用塑料類型。

目前使用近紅外技術(NIR)或通過密度測試來分離塑料，這些方法可以分離某些塑料成分(例如PE、PP和PET)，但精度與新技術不同，新技術能極大提高廢塑料的回收率。

使用高光譜技術開展地質研究目前是一種非常先進技術手段，目前在CNK可以看到相關領域的系列文獻。

皮膚癌是常見的惡性腫瘤之一，由于它的早期表現同其他皮膚疾病相似，因此僅憑肉眼難以確診。而利用高光譜相機，則可以在五秒內檢測到皮膚癌。相機應用高分辨率超光譜成像技術，可捕捉到人肉眼看不到的表皮癥狀。相機在2秒內可以掃描拍攝12平方厘米的皮膚，偵測任何皮膚癌的前兆。患者根據掃描的結果就能提前做好診療的準備。普通相機拍攝時只能捕捉到幾個窄波段圖像，而高光譜相機則可以捕捉幾十個。相機將拍攝到的圖像整合成三維圖像，因此皮膚上的任何腫瘤都將被精確地放大和定位。

2018年5月9日，北京時間2時28分，我國在山西太原衛星發射中心成功發射“高分五號”高光譜衛星。其搭載的可見短波紅外高光譜相機對復雜地物、環境具有突出的識別和分類能力。它可同時獲取觀測對象的幾何、輻射和光譜信息，并以足夠高的光譜分辨率、空間分辨率和輻射分辨率，定量獲取觀測目標的構造和成份等信息，同時獲取觀測路徑上大氣等相關信息，實現對陸地表面高光譜、高空間、高輻射分辨率成像光譜觀測。

VNIR (380-1000nm)可見光近紅外

SWIR (1000-2500nm) 短波紅外

MWIR(7.6– 12.4μm) 中波紅外

LWIR熱紅外

推薦閱讀：

關于我們

上海復瞻智能科技有限公司是專精特新企業，高新技術企業。依托復旦大學電光源研究所專家團隊在視覺光健康方面的多年研究成果。在光環境工程、光學檢測校準、光學設計與仿真，人因工程研究、行業標準研制及認證、圖像算法開發等方面提供專業產品和服務。

公司與中國國際汽車照明論壇（IFAL），上海市智能視覺人因工程專業技術服務平臺，復旦大學人因照明與顏色科學實驗基地，復旦臨港產業化創新平臺車輛人因光環境實驗基地長期深度戰略合作。

公司致力于為光品質、光健康的實施和評估，提供最權威的專業技術保障和服務平臺。我們的使命是：讓全人類用上安全、舒適、健康的光！

AR-HUD檢測系統

上海復瞻智能開發的HUD檢測系統，可實現HUD測試系統光學性能，成像質量，電氣性能等多方面的自動化測試。滿足HUD器件廠、HUD玻璃廠、 OEM廠商、 在實驗室對于HUD產品性能的評價，以及生產線對產品品質的管控。

光學設計軟件

TracePro? 是一款享譽世界的用于光學設計，分析及優化光學和照明系統的幾何光學軟件。憑借其直觀的CAD界面和諸如交互式優化器之類的強大功能，TracePro為用戶提供了強大的光學設計環境，而且學習周期較短，從而加快了產品上市時間。