Pencitraan hiperspektral adalah yang paling komprehensif dari tiga teknologi pemrosesan gambar yang umum. Dua teknologi lainnya adalah pencitraan merah-hijau-biru (RGB) dan pencitraan multispektral. Ketiganya bersifat non-invasif dan tidak merusak serta memberikan cara berbeda bagi para insinyur dan ilmuwan untuk menganalisis objek.
Pencitraan RGB dapat diterapkan dengan cepat dan murah serta memberikan informasi dasar tentang suatu objek. Pencitraan multispektral menangkap lebih banyak nuansa dalam berbagai panjang gelombang yang membentuk spektrum tampak. Pencitraan hiperspektral menangkap informasi rinci tentang setiap piksel pada spektrum yang jauh lebih luas, biasanya dari 250 nanometer (nm) hingga 15,000 nm dan inframerah termal (Gambar 1).
Multispektral versus hiperspektral
Pencitraan multispektral adalah penyempurnaan dan perluasan pencitraan RGB menggunakan lebih banyak pita spektrum. Data yang dihasilkan dapat cukup rinci untuk memungkinkan analisis karakteristik fisik dan kimia dasar suatu benda.
Pencitraan hiperspektral berbeda. Ini menggabungkan pencitraan dengan spektroskopi. Dengan pencitraan hiperspektral, spektrum setiap piksel ditangkap secara detail. Ini menghasilkan data tentang konten spasial dan spektral dalam suatu gambar. Pencitraan hiperspektral mendukung karakterisasi detail komposisi suatu objek.
Kamera hiperspektral biasa menangkap ratusan ribu spektrum untuk membuat kubus hiperspektral di mana dua dimensi mewakili struktur spasial suatu gambar, dan dimensi ketiga adalah konten spektral. Selain itu, informasi yang ditangkap cukup rinci untuk disajikan sebagai representasi berkelanjutan dan bukan dalam kelompok spektral diskrit seperti yang digunakan untuk pencitraan RGB dan multispektral (Gambar 2).
Perkembangan komersial pencitraan hiperspektral telah dimungkinkan oleh kemajuan dalam pencitraan, termasuk kemampuan untuk dengan cepat memisahkan cahaya yang dipantulkan dari suatu objek menjadi komponen spektralnya menggunakan teknik seperti pemindaian spasial, pemindaian spektral, pencitraan snapshot, dan pemindaian spatio-spektral. Ketersediaan sensor CMOS resolusi tinggi yang beroperasi pada kecepatan video ditambah dengan kemajuan sistem pemrosesan gambar berkinerja tinggi juga merupakan faktor kuncinya.
Seperti apa tampilan kamera hiperspektral?
Ada beberapa cara untuk membuat kamera hiperspektral. Salah satu perwujudan yang ditunjukkan pada Gambar 3 dimulai dengan lensa yang memfokuskan gambar objek pada celah sempit yang menentukan garis pencitraan. Sempitnya daftar menyebabkan cahaya terdifraksi, dan lensa kolimasi digunakan untuk menyelaraskan berkas dan menghilangkan efek difraksi. Cahaya kemudian melewati struktur kisi-kisi prisma-difraksi yang memisahkannya menjadi komponen spektralnya. Terakhir, lensa memfokuskan cahaya yang dihasilkan ke sensor CMOS (tidak ditampilkan) yang menghasilkan kubus hyperdata. Yang juga tidak ditampilkan adalah struktur cermin yang digunakan untuk memindai pemandangan dan menghasilkan pemindaian garis individual.
Apa gunanya pencitraan hiperspektral?
Bahan yang berbeda dapat diidentifikasi berdasarkan tanda spektralnya. Meskipun dimulai dengan pencitraan multispektral, peningkatan tingkat detail yang dimungkinkan oleh pencitraan hiperspektral telah meningkatkan kemampuan identifikasi jarak jauh dan analisis material. Pencitraan hiperspektral dapat diterapkan pada jalur produksi, pesawat terbang, drone, dan satelit. Ini digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk astronomi, pertanian, geologi, pencitraan biomedis, pemantauan lingkungan, dan banyak lagi.
Kamera hiperspektral tersedia dari beberapa vendor dan telah dioptimalkan untuk penggunaan tertentu, antara lain:
- Pencitraan hiperspektral digunakan untuk menilai tingkat kesehatan dan nutrisi tanaman yang memungkinkan petani menerapkan pupuk dan tindakan pengendalian serangga secara selektif, mengurangi biaya, dan memaksimalkan hasil.
- Analisis seni. Pengecekan kandungan kimia bahan-bahan pada suatu benda seni dapat memastikan kesesuaiannya dengan masa dan dapat mendukung penanggalan karya seni yang baru ditemukan.
- Pengolahan makanan. Dalam industri daging, pencitraan hiperspektral digunakan untuk mengukur komposisi kimia guna menentukan kandungan protein atau mengidentifikasi tulang, tulang rawan, dan bahan lainnya. Ini juga digunakan untuk proses pengendalian kualitas umum seperti menentukan kematangan buah dan sayuran.
- Kemampuan untuk mengidentifikasi bahan menggunakan pencitraan hiperspektral mendukung penyortiran otomatis dan pengelolaan barang daur ulang.
Kesimpulan
Pencitraan hiperspektral menangkap dan memproses informasi tentang suatu objek pada berbagai panjang gelombang, seringkali berkisar antara 250 hingga 15,000 nm dan inframerah termal. Ini menghasilkan informasi yang jauh lebih bernuansa dibandingkan pencitraan multispektral dan memungkinkan analisis bahan dan proses yang lebih rinci. Kamera hiperspektral komersial telah dirancang untuk berbagai aplikasi spesifik.
Referensi
Aplikasi Hiperspektral dan Studi Kasus, RESONON
Kerangka Kerja Pencitraan Hiperspektral Pemindaian Garis untuk Platform Berbiaya Rendah Sumber Terbuka, penginderaan jauh MDPI
Apa itu Pencitraan Hiperspektral?, NIREOS
Apa itu Pencitraan Hiperspektral?, SPECIM
Mengapa Pencitraan Hiperspektral Tidak Diimplementasikan Secara Luas dan Bagaimana Mengubahnya?, Netguru