ハイパースペクトル イメージングは、3 つの一般的な画像処理テクノロジーの中で最も包括的なものです。他の 2 つのテクノロジーは、赤-緑-青 (RGB) イメージングとマルチスペクトル イメージングです。これら 3 つはすべて非侵襲的かつ非破壊的であり、エンジニアや科学者にオブジェクトを分析するためのさまざまな方法を提供します。
RGB イメージングは迅速かつ安価に実装でき、オブジェクトに関する基本的な情報を提供します。マルチスペクトル イメージングは、可視スペクトルを構成するさまざまな波長のニュアンスをさらに捉えます。ハイパースペクトル イメージングは、通常 250 ナノメートル (nm) ～ 15,000 nm および熱赤外線 (図1).
マルチスペクトルとハイパースペクトル
マルチスペクトル イメージングは、より多くのスペクトル帯域を使用して RGB イメージングを改良および拡張したものです。結果として得られるデータは、物体の基本的な物理的および化学的特性の分析を可能にするために十分に詳細なものにすることができます。
ハイパースペクトルイメージングは異なります。イメージングと分光法を組み合わせたものです。ハイパースペクトル イメージングでは、各ピクセルのスペクトルが詳細にキャプチャされます。画像内の空間およびスペクトルの内容に関するデータを生成します。ハイパースペクトル イメージングは、物体の構成の詳細な特性評価をサポートします。
一般的なハイパースペクトル カメラは、数十万のスペクトルをキャプチャして、2 次元が画像の空間構造を表し、3 次元がスペクトル コンテンツであるハイパースペクトル キューブを作成します。さらに、キャプチャされた情報は、RGB やマルチスペクトル イメージングに使用されるような個別のスペクトル バケットではなく、連続的な表現として表示されるのに十分な詳細情報を備えています (図2).
ハイパースペクトル イメージングの商業的開発は、空間スキャン、スペクトル スキャン、スナップショット イメージング、空間スペクトル スキャンなどの技術を使用して、物体からの反射光をスペクトル成分に迅速に分離する機能など、イメージングの進歩によって可能になりました。ビデオ レートで動作する高解像度 CMOS センサーの入手可能性と、高性能画像処理システムの進歩も重要な要素です。
ハイパースペクトル カメラはどのようなものですか?
ハイパースペクトル カメラを作成するにはいくつかの方法があります。図に示される一実施形態 図3 まず、画像ラインを定義する狭いスリット上に物体の画像の焦点を合わせるレンズから始まります。リストが狭いと光が回折するため、コリメート レンズを使用してビームを調整し、回折の影響を除去します。次に、光はプリズム-回折格子-プリズム構造を通過し、スペクトル成分に分離されます。最後に、レンズによって得られた光が CMOS センサー (図示せず) に焦点を合わせ、ハイパーデータ キューブが生成されます。また、シーンをスキャンして個々のラインスキャンを生成するために使用されるミラー構造も示されていません。
ハイパースペクトルイメージングは何に役立ちますか?
さまざまな材料は、そのスペクトル特徴によって識別できます。マルチスペクトル イメージングから始まりましたが、ハイパースペクトル イメージングによって可能になる詳細レベルの向上により、材料の遠隔識別と分析の能力が向上しました。ハイパースペクトル イメージングは、生産ライン、航空機、ドローン、衛星に実装できます。天文学、農業、地質学、生物医学画像処理、環境モニタリングなど、幅広い用途で使用されています。
ハイパースペクトル カメラは複数のベンダーから入手可能であり、次のような特定の用途に合わせて最適化されています。
- ハイパースペクトル イメージングを使用して作物の健康状態と栄養レベルを評価することで、農家が肥料や害虫駆除対策を選択的に適用できるようになり、コストが削減され、成果が最大化されます。
- 芸術分析。美術品の材料の化学含有量をチェックすることで、それらがその時代と一致していることを確認でき、新しく発見された美術品の年代を裏付けることができます。
- 食品加工。食肉産業では、ハイパースペクトル イメージングを使用して化学組成を測定し、タンパク質含有量を決定したり、骨、軟骨、その他の材料を特定したりします。果物や野菜の熟度の判定など、一般的な品質管理プロセスにも使用されます。
- ハイパースペクトル イメージングを使用して材料を識別する機能は、リサイクル品目の自動分類と管理をサポートします。
まとめ
ハイパースペクトル イメージングは、多くの場合 250 ～ 15,000 nm および熱赤外線に及ぶ幅広い波長にわたって物体に関する情報を取得および処理します。マルチスペクトルイメージングよりもはるかに微妙な情報が生成され、材料とプロセスのより詳細な分析が可能になります。市販のハイパースペクトル カメラは、さまざまな特定の用途向けに設計されています。
参考文献
ハイパースペクトルのアプリケーションとケーススタディ、RESONON
オープンソースの低コスト プラットフォーム、MDPI リモート センシング用のライン スキャン ハイパースペクトル イメージング フレームワーク
ハイパースペクトル イメージングとは、NIREOS
ハイパースペクトル イメージング、SPECIM とは何ですか?
ハイパースペクトル イメージングが広く実装されない理由とそれを変える方法?、Netguru