การถ่ายภาพไฮเปอร์สเปกตรัมเป็นเทคโนโลยีการประมวลผลภาพทั่วไปที่ครอบคลุมมากที่สุดสามเทคโนโลยี อีกสองเทคโนโลยีคือการถ่ายภาพสีแดง เขียว น้ำเงิน (RGB) และการถ่ายภาพหลายสเปกตรัม ทั้งสามชนิดไม่รุกรานและไม่ทำลาย และช่วยให้วิศวกรและนักวิทยาศาสตร์มีวิธีการวิเคราะห์วัตถุที่แตกต่างกัน
การสร้างภาพ RGB สามารถทำได้อย่างรวดเร็วและไม่แพง และให้ข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับวัตถุ การถ่ายภาพแบบหลายสเปกตรัมจะจับความแตกต่างเล็กน้อยในความยาวคลื่นต่างๆ ที่ประกอบกันเป็นสเปกตรัมที่มองเห็นได้ การถ่ายภาพไฮเปอร์สเปกตรัมจะรวบรวมข้อมูลโดยละเอียดเกี่ยวกับแต่ละพิกเซลในสเปกตรัมที่กว้างกว่ามาก โดยทั่วไปตั้งแต่ 250 นาโนเมตร (นาโนเมตร) ถึง 15,000 นาโนเมตร และอินฟราเรดความร้อน (รูป 1).
มัลติสเปกตรัมกับไฮเปอร์สเปกตรัม
การถ่ายภาพแบบหลายสเปกตรัมเป็นการปรับปรุงและขยายการถ่ายภาพ RGB โดยใช้แถบสเปกตรัมที่มากขึ้น ข้อมูลผลลัพธ์อาจมีรายละเอียดเพียงพอที่จะสามารถวิเคราะห์คุณลักษณะทางกายภาพและเคมีพื้นฐานของวัตถุได้
การถ่ายภาพไฮเปอร์สเปกตรัมนั้นแตกต่างกัน เป็นการผสมผสานการถ่ายภาพกับสเปกโทรสโกปี ด้วยการถ่ายภาพไฮเปอร์สเปกตรัม สเปกตรัมของแต่ละพิกเซลจะถูกบันทึกอย่างละเอียด สร้างข้อมูลเกี่ยวกับเนื้อหาเชิงพื้นที่และสเปกตรัมในภาพ การถ่ายภาพไฮเปอร์สเปกตรัมสนับสนุนการระบุลักษณะโดยละเอียดขององค์ประกอบของวัตถุ
กล้องไฮเปอร์สเปกตรัมทั่วไปจะจับสเปกตรัมนับแสนเพื่อสร้างลูกบาศก์ไฮเปอร์สเปกตรัม โดยที่สองมิติแสดงถึงโครงสร้างเชิงพื้นที่ของภาพ และมิติที่สามคือเนื้อหาสเปกตรัม นอกจากนี้ ข้อมูลที่บันทึกไว้ยังมีรายละเอียดเพียงพอที่จะนำเสนอเป็นการนำเสนออย่างต่อเนื่อง และไม่อยู่ในกลุ่มสเปกตรัมแบบแยกเช่นเดียวกับที่ใช้สำหรับการถ่ายภาพ RGB และหลายสเปกตรัม (รูป 2).
การพัฒนาเชิงพาณิชย์ของการถ่ายภาพไฮเปอร์สเปกตรัมเกิดขึ้นได้จากความก้าวหน้าในการถ่ายภาพ ซึ่งรวมถึงความสามารถในการแยกแสงสะท้อนจากวัตถุออกเป็นส่วนประกอบสเปกตรัมได้อย่างรวดเร็ว โดยใช้เทคนิคต่างๆ เช่น การสแกนเชิงพื้นที่ การสแกนสเปกตรัม การถ่ายภาพสแนปช็อต และการสแกนสเปกตรัมเชิงพื้นที่ ความพร้อมใช้งานของเซ็นเซอร์ CMOS ความละเอียดสูงที่ทำงานที่อัตราวิดีโอควบคู่ไปกับความก้าวหน้าในระบบประมวลผลภาพที่มีประสิทธิภาพสูงก็เป็นปัจจัยสำคัญเช่นกัน
กล้องไฮเปอร์สเปกตรัมมีลักษณะอย่างไร
มีหลายวิธีในการสร้างกล้องไฮเปอร์สเปกตรัม รูปลักษณ์หนึ่งที่แสดงไว้ใน รูป 3 เริ่มต้นด้วยเลนส์ที่โฟกัสภาพของวัตถุบนช่องแคบที่กำหนดเส้นภาพ ความแคบของรายการทำให้แสงหักเห และใช้เลนส์ปรับแนวเพื่อจัดแนวลำแสงและลบเอฟเฟกต์ของการเลี้ยวเบน จากนั้นแสงจะผ่านโครงสร้างปริซึมแบบเกรตติงแบบปริซึม-การเลี้ยวเบนซึ่งแยกแสงออกเป็นองค์ประกอบทางสเปกตรัม สุดท้าย เลนส์จะโฟกัสแสงที่เกิดขึ้นไปที่เซนเซอร์ CMOS (ไม่แสดงไว้) ที่สร้างไฮเปอร์ดาต้าคิวบ์ โครงสร้างกระจกเงาที่ใช้ในการสแกนฉากและสร้างการสแกนเส้นแต่ละเส้นไม่ได้แสดงให้เห็นเช่นกัน
การถ่ายภาพไฮเปอร์สเปกตรัมมีประโยชน์อย่างไร?
วัสดุที่แตกต่างกันสามารถระบุได้ด้วยลายเซ็นสเปกตรัม ในขณะที่เริ่มต้นด้วยการถ่ายภาพหลายสเปกตรัม ระดับรายละเอียดที่เพิ่มขึ้นโดยการถ่ายภาพไฮเปอร์สเปกตรัมได้ยกระดับความสามารถในการระบุและวิเคราะห์วัสดุจากระยะไกล การถ่ายภาพไฮเปอร์สเปกตรัมสามารถนำไปใช้กับสายการผลิต เครื่องบิน โดรน และดาวเทียมได้ มีการนำไปใช้ในการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงดาราศาสตร์ เกษตรกรรม ธรณีวิทยา การสร้างภาพทางชีวการแพทย์ การตรวจสอบสิ่งแวดล้อม และอื่นๆ
กล้องไฮเปอร์สเปกตรัมมีจำหน่ายจากผู้ขายหลายรายและได้รับการปรับปรุงให้เหมาะกับการใช้งานเฉพาะด้าน ได้แก่:
- การถ่ายภาพไฮเปอร์สเปกตรัมใช้เพื่อประเมินสุขภาพและระดับสารอาหารในพืช ช่วยให้เกษตรกรสามารถเลือกใช้ปุ๋ยและมาตรการควบคุมแมลง ลดต้นทุน และเพิ่มผลลัพธ์สูงสุด
- การวิเคราะห์ทางศิลปะ การตรวจสอบปริมาณทางเคมีของวัสดุในวัตถุทางศิลปะสามารถรับประกันได้ว่าสิ่งเหล่านั้นสอดคล้องกับช่วงเวลา และสามารถรองรับการนัดหมายของงานศิลปะที่เพิ่งค้นพบได้
- กระบวนการทำอาหาร. ในอุตสาหกรรมเนื้อสัตว์ การถ่ายภาพไฮเปอร์สเปกตรัมใช้ในการวัดองค์ประกอบทางเคมีเพื่อระบุปริมาณโปรตีน หรือระบุกระดูก กระดูกอ่อน และวัสดุอื่นๆ นอกจากนี้ยังใช้สำหรับกระบวนการควบคุมคุณภาพทั่วไป เช่น การกำหนดความสุกงอมของผักและผลไม้
- ความสามารถในการระบุวัสดุโดยใช้การถ่ายภาพไฮเปอร์สเปกตรัมสนับสนุนการคัดแยกและการจัดการสิ่งของรีไซเคิลโดยอัตโนมัติ
สรุป
การถ่ายภาพไฮเปอร์สเปกตรัมจะจับและประมวลผลข้อมูลเกี่ยวกับวัตถุในช่วงความยาวคลื่นที่หลากหลาย ซึ่งมักจะขยายตั้งแต่ 250 ถึง 15,000 นาโนเมตรและอินฟราเรดความร้อน โดยให้ข้อมูลที่มีความละเอียดมากกว่าการถ่ายภาพแบบหลายสเปกตรัม และช่วยให้สามารถวิเคราะห์วัสดุและกระบวนการได้ละเอียดยิ่งขึ้น กล้องไฮเปอร์สเปกตรัมเชิงพาณิชย์ได้รับการออกแบบสำหรับการใช้งานเฉพาะต่างๆ
อ้างอิง
การประยุกต์ไฮเปอร์สเปกตรัมและกรณีศึกษา, RESONON
Line Scan Hyperspectral Imaging Framework สำหรับแพลตฟอร์มโอเพ่นซอร์สราคาประหยัด, การสำรวจระยะไกล MDPI
การถ่ายภาพไฮเปอร์สเปกตรัมคืออะไร NIREOS
Hyperspectral Imaging คืออะไร SPECIM
เหตุใดการถ่ายภาพ Hyperspectral จึงไม่ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย และจะเปลี่ยนแปลงได้อย่างไร, Netguru