Pengimejan hiperspektral adalah yang paling komprehensif daripada tiga teknologi pemprosesan imej biasa. Dua teknologi lain ialah pengimejan merah-hijau-biru (RGB) dan pengimejan berbilang spektrum. Ketiga-tiganya adalah tidak invasif dan tidak merosakkan dan memberi jurutera dan saintis cara berbeza untuk menganalisis objek.
Pengimejan RGB boleh menjadi cepat dan murah untuk dilaksanakan dan menyediakan maklumat asas tentang objek. Pengimejan berbilang spektrum menangkap lebih banyak nuansa dalam pelbagai panjang gelombang yang membentuk spektrum yang boleh dilihat. Pengimejan hiperspektral menangkap maklumat terperinci tentang setiap piksel merentasi spektrum yang lebih luas, biasanya dari 250 nanometer (nm) hingga 15,000 nm dan inframerah terma (Rajah 1).
Berbilang spektrum berbanding hiperspektral
Pengimejan berbilang spektrum ialah penghalusan dan lanjutan pengimejan RGB menggunakan lebih banyak jalur spektrum. Data yang terhasil boleh diperincikan dengan secukupnya untuk membolehkan analisis ciri fizikal dan kimia asas objek.
Pengimejan hiperspektral adalah berbeza. Ia menggabungkan pengimejan dengan spektroskopi. Dengan pengimejan hiperspektral, spektrum setiap piksel ditangkap secara terperinci. Ia menghasilkan data tentang kandungan spatial dan spektrum dalam imej. Pengimejan hiperspektral menyokong pencirian terperinci komposisi objek.
Kamera hiperspektral biasa menangkap ratusan ribu spektrum untuk mencipta kiub hiperspektral dengan dua dimensi mewakili struktur spatial imej, dan dimensi ketiga ialah kandungan spektrum. Di samping itu, maklumat yang ditangkap cukup terperinci untuk dipersembahkan sebagai perwakilan berterusan dan bukan dalam baldi spektrum diskret seperti yang digunakan untuk pengimejan RGB dan pelbagai spektrum (Rajah 2).
Pembangunan komersial pengimejan hiperspektral telah didayakan oleh kemajuan dalam pengimejan, termasuk keupayaan untuk memisahkan cahaya yang dipantulkan dengan cepat daripada objek ke dalam komponen spektrumnya menggunakan teknik seperti pengimbasan spatial, pengimbasan spektrum, pengimejan syot kilat dan pengimbasan spatio-spektral. Ketersediaan penderia CMOS resolusi tinggi yang beroperasi pada kadar video ditambah dengan kemajuan dalam sistem pemprosesan imej berprestasi tinggi juga merupakan faktor utama.
Apakah rupa kamera hiperspektral?
Terdapat beberapa cara untuk membuat kamera hiperspektral. Satu penjelmaan ditunjukkan dalam Rajah 3 bermula dengan kanta yang memfokuskan imej objek pada celah sempit yang mentakrifkan garis pengimejan. Kesempitan senarai menyebabkan cahaya difraksi, dan kanta kolimat digunakan untuk menjajarkan rasuk dan menghilangkan kesan pembelauan. Cahaya kemudiannya melalui struktur grating-prisma prisma-difraksi yang memisahkannya kepada komponen spektrumnya. Akhir sekali, lensa memfokuskan cahaya yang terhasil pada sensor CMOS (tidak ditunjukkan) yang menghasilkan kiub hiperdata. Juga tidak ditunjukkan ialah struktur cermin yang digunakan untuk mengimbas pemandangan dan menghasilkan imbasan garis individu.
Apakah kegunaan pengimejan hiperspektral?
Bahan yang berbeza boleh dikenal pasti melalui tandatangan spektrumnya. Walaupun ia bermula dengan pengimejan berbilang spektrum, peningkatan tahap perincian yang didayakan oleh pengimejan hiperspektral telah meningkatkan keupayaan untuk pengecaman jauh dan analisis bahan. Pengimejan hiperspektral boleh dilaksanakan pada barisan pengeluaran, pesawat, dron dan satelit. Ia digunakan dalam pelbagai aplikasi, termasuk astronomi, pertanian, geologi, pengimejan bioperubatan, pemantauan alam sekitar dan banyak lagi.
Kamera hiperspektral boleh didapati daripada beberapa vendor dan telah dioptimumkan untuk kegunaan tertentu, termasuk:
- Pengimejan hiperspektral digunakan untuk menilai tahap kesihatan dan nutrien dalam tanaman yang membolehkan petani menggunakan baja dan langkah kawalan serangga secara selektif, mengurangkan kos dan memaksimumkan hasil.
- Analisis seni. Memeriksa kandungan kimia bahan dalam objek seni boleh memastikan ia konsisten dengan tempoh dan boleh menyokong pentarikhan karya seni yang baru ditemui.
- Pemprosesan makanan. Dalam industri daging, pengimejan hiperspektral digunakan untuk mengukur komposisi kimia untuk menentukan kandungan protein atau mengenal pasti tulang, rawan, dan bahan lain. Ia juga digunakan untuk proses kawalan kualiti umum seperti menentukan kematangan buah-buahan dan sayur-sayuran.
- Keupayaan untuk mengenal pasti bahan menggunakan pengimejan hiperspektral menyokong pengisihan automatik dan pengurusan item kitar semula.
Ringkasan
Pengimejan hiperspektral menangkap dan memproses maklumat tentang objek merentasi pelbagai panjang gelombang, selalunya memanjang dari 250 hingga 15,000 nm dan inframerah terma. Ia menghasilkan maklumat yang lebih bernuansa daripada pengimejan multispektral dan membolehkan analisis bahan dan proses yang lebih terperinci. Kamera hiperspektral komersial telah direka bentuk untuk pelbagai aplikasi khusus.
Rujukan
Aplikasi Hiperspektral dan Kajian Kes, RESONON
Rangka Kerja Pengimejan Hiperspektral Imbasan Talian untuk Platform Kos Rendah Sumber Terbuka, penderiaan jauh MDPI
Apakah Pengimejan Hiperspektral?, NIREOS
Apakah Pengimejan Hiperspektral?, SPECIM
Mengapa Pengimejan Hiperspektral Tidak Dilaksanakan Secara meluas dan Bagaimana untuk Mengubah Itu?, Netguru