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高光谱成像仪是什么?
编辑:北京东方佳气科技有限公司   时间:2021-06-25

                                                  高光谱成像仪是什么?

    高光谱成像仪是一项振奋人心的新技术,具有很大前景,特别是当使用现代机器学习软件和作动器(例如:机器人或空气喷射器)时,高光谱成像技术可以革新工业分类方法,使机器能够执行人类难以完成的复杂任务。

    高光谱成像仪是什么?

    高光谱成像技术是对2维图像中每个像素的高分辨率光谱数据进行测量。标准型摄像机每一个像素提供三条光谱数据通道:红色、绿色、蓝色(RGB),视觉者的大脑输入这三种颜色的混合,并将其解释为一种独特的颜色。材料的反射光谱是一条连续的波段曲线,每个像素都有数百个波段数据点,标准光谱仪只提供一个“像素”的光谱测量,而标准光谱仪只提供一个“像素”的光谱测量,而没有成像信息。多光谱成像仪指的是一个摄像机,每个像素提供几个光谱数据通道,通常有4-12通道。超光谱一词指的是:多个光谱数据点,它们产生一条接近连续的光谱曲线,通常每条曲线都有数百条光谱数据通道。但是,设计和制造高光谱成像仪器要比不成像光谱仪复杂得多,因为二维图像中每个像素都需要有连续的光谱曲线,而较小化光谱畸变一直是一个很难解决的光学问题。

    超光谱成像仪日益流行的主要原因:

1.随着技术的发展,相机越来越受欢迎,拍摄的速度也越来越快;

2.计算机能提供足够的计算能力,以处理大量数据;

3.与现代机器学习算法相结合,科学家们能够使用高光谱数据,甚至能精确地识别材料。

由于不同材料具有不同的反射光谱这一事实,该技术具有很强的实用性,在科研和工业上得到了迅速的发展。

    应用超光谱成像技术。

    农用设施

    农学方面,不同植物的光谱不同,同一植物在不同条件下的光谱也不同。举例来说,高光谱数据可用于提醒农民作物胁迫或害虫的早期征兆,也可用于确定成熟度。在准确农业和环境监测中,高光谱成像技术的应用日益广泛,相信在不久的将来,将会出现质的同位素。

全球研究的一部分是确定光谱特征与植物生理特征参数之间的精确关系,为除草剂、农药和肥料的定点使用提供了可能。这一农作物管理技术将使农民有针对性地定量使用化肥,节约成本,获得更大收益。高光谱技术因此获得了强有力的制度支持,特别是亚洲,把粮食供给和环境保护作为核心问题。

    工业化应用

    与野外的农田和森林相比,工厂里的环境控制更好,因此,高光谱图像在工业分类中得到了越来越多的应用。常规视觉系统难以将颜色相似或外观相似的物体分类,例如:难以区分颜色相近的果实、蔬菜,或与颜色相近的材料(例如再生塑料)。在标准的视觉系统分类失败的情况下,分类工作只能靠人工完成,而且成本高、速度慢、错误率高。

    利用超光谱成像技术,不仅可以用高光谱数据对类似颜色的材料进行分类,还可以获得可见光范围以外的信息,比如红外、紫外等。即时机器学习算法可以秒级地处理数据,并将信息传递到机器手臂或空气喷射之类的执行器上。

    软体与算法

尽管摄像机的设计和制造在技术上是一项挑战,但是开发一个可靠的工业分类高光谱软件是一个机遇和挑战。随着深度机器学习知识的发展,简单算法的应用日益广泛,高光谱机器视觉软件的开发是一个令人兴奋的技术领域。

传统的光谱图数据分析方法是采用植被指数或光谱指数的概念,即所谓的波段组合,它是通过测量若干特定波段的光谱强度,然后用简单的代数组合计算得到的。举例来说,较常见的植被指数(NDVI)归一化差异植被指数(NDVI)较早用于多光谱遥感图像,在每一个像素都能得到NDVI指数。

    虽然高光谱成像技术还处于起步阶段,但其明显的优势在于能够提供比传统成像系统更丰富的数据。此外,该技术在数据采集、处理速度和计算复杂度等方面的不足,已被许多实际应用所克服。通过对高光谱成像技术的不断改进,使用户能更好地了解高光谱成像技术的性能,从而更好地解决以前难以解决的大尺度、高光谱成像问题。