Hình ảnh siêu phổ là công nghệ toàn diện nhất trong ba công nghệ xử lý hình ảnh phổ biến. Hai công nghệ còn lại là hình ảnh đỏ-lục-xanh (RGB) và hình ảnh đa phổ. Cả ba đều không xâm lấn và không phá hủy, đồng thời cung cấp cho các kỹ sư và nhà khoa học những cách khác nhau để phân tích vật thể.
Hình ảnh RGB có thể được thực hiện nhanh chóng và không tốn kém và cung cấp thông tin cơ bản về một đối tượng. Hình ảnh đa phổ thu được nhiều sắc thái hơn ở các bước sóng khác nhau tạo nên quang phổ nhìn thấy được. Hình ảnh siêu phổ ghi lại thông tin chi tiết về từng pixel trên phổ rộng hơn nhiều, thường từ 250 nanomet (nm) đến 15,000 nm và hồng ngoại nhiệt (Hình 1).
Đa phổ và siêu phổ
Hình ảnh đa phổ là sự cải tiến và mở rộng của hình ảnh RGB sử dụng nhiều dải phổ hơn. Dữ liệu thu được có thể đủ chi tiết để cho phép phân tích các đặc tính vật lý và hóa học cơ bản của vật thể.
Hình ảnh siêu phổ thì khác. Nó kết hợp hình ảnh với quang phổ. Với hình ảnh siêu phổ, quang phổ của từng pixel được ghi lại một cách chi tiết. Nó tạo ra dữ liệu về nội dung không gian và quang phổ trong một hình ảnh. Hình ảnh siêu phổ hỗ trợ mô tả chi tiết thành phần của vật thể.
Một máy ảnh siêu phổ điển hình thu được hàng trăm nghìn quang phổ để tạo ra một khối siêu phổ trong đó hai chiều biểu thị cấu trúc không gian của hình ảnh và chiều thứ ba là nội dung quang phổ. Ngoài ra, thông tin thu được đủ chi tiết để được trình bày dưới dạng biểu diễn liên tục chứ không phải trong các nhóm quang phổ rời rạc như các nhóm được sử dụng cho hình ảnh RGB và đa phổ (Hình 2).
Sự phát triển thương mại của hình ảnh siêu phổ đã được kích hoạt nhờ những tiến bộ trong hình ảnh, bao gồm khả năng tách nhanh ánh sáng phản xạ khỏi vật thể thành các thành phần quang phổ của nó bằng cách sử dụng các kỹ thuật như quét không gian, quét quang phổ, chụp ảnh nhanh và quét quang phổ không gian. Sự sẵn có của cảm biến CMOS độ phân giải cao hoạt động ở tốc độ video cùng với những tiến bộ trong hệ thống xử lý hình ảnh hiệu suất cao cũng là những yếu tố quan trọng.
Một máy ảnh siêu quang trông như thế nào?
Có một số cách để tạo ra một máy ảnh siêu phổ. Một phương án được thể hiện trong Hình 3 bắt đầu bằng một thấu kính tập trung hình ảnh của vật vào một khe hẹp xác định đường tạo ảnh. Độ hẹp của danh sách làm cho ánh sáng bị nhiễu xạ và thấu kính chuẩn trực được sử dụng để căn chỉnh chùm tia và loại bỏ ảnh hưởng của nhiễu xạ. Sau đó, ánh sáng đi qua cấu trúc lăng kính cách tử nhiễu xạ lăng kính để tách nó thành các thành phần quang phổ. Cuối cùng, một ống kính tập trung ánh sáng thu được vào cảm biến CMOS (không hiển thị) để tạo ra khối siêu dữ liệu. Cấu trúc gương được sử dụng để quét cảnh và tạo ra các đường quét riêng lẻ cũng không được hiển thị.
Hình ảnh siêu phổ tốt cho việc gì?
Các vật liệu khác nhau có thể được xác định bằng dấu hiệu quang phổ của chúng. Mặc dù bắt đầu với hình ảnh đa phổ, mức độ chi tiết ngày càng tăng nhờ hình ảnh siêu phổ đã nâng cao khả năng nhận dạng và phân tích vật liệu từ xa. Hình ảnh siêu phổ có thể được thực hiện trên dây chuyền sản xuất, máy bay, máy bay không người lái và vệ tinh. Nó được sử dụng trong nhiều ứng dụng, bao gồm thiên văn học, nông nghiệp, địa chất, hình ảnh y sinh, giám sát môi trường, v.v.
Máy ảnh siêu phổ có sẵn từ một số nhà cung cấp và đã được tối ưu hóa cho các mục đích sử dụng cụ thể, bao gồm:
- Hình ảnh siêu phổ được sử dụng để đánh giá sức khỏe và mức độ dinh dưỡng của cây trồng, cho phép nông dân áp dụng có chọn lọc các loại phân bón và biện pháp kiểm soát côn trùng, giảm chi phí và tối đa hóa kết quả.
- Phân tích nghệ thuật. Kiểm tra hàm lượng hóa học của vật liệu trong một tác phẩm nghệ thuật có thể đảm bảo rằng chúng phù hợp với thời kỳ và có thể hỗ trợ việc xác định niên đại của các tác phẩm nghệ thuật mới được phát hiện.
- Chế biến thức ăn. Trong ngành công nghiệp thịt, hình ảnh siêu phổ được sử dụng để đo thành phần hóa học nhằm xác định hàm lượng protein hoặc xác định xương, sụn và các vật liệu khác. Nó cũng được sử dụng cho các quy trình kiểm soát chất lượng chung như xác định độ chín của trái cây và rau quả.
- Khả năng xác định vật liệu bằng hình ảnh siêu phổ hỗ trợ việc phân loại và quản lý tự động các vật phẩm tái chế.
Tổng kết
Hình ảnh siêu phổ thu thập và xử lý thông tin về một vật thể trên một phạm vi bước sóng rộng, thường kéo dài từ 250 đến 15,000nm và hồng ngoại nhiệt. Nó tạo ra thông tin nhiều sắc thái hơn so với hình ảnh đa phổ và cho phép phân tích chi tiết hơn về vật liệu và quy trình. Máy ảnh siêu phổ thương mại đã được thiết kế cho nhiều ứng dụng cụ thể.
dự án
Ứng dụng siêu phổ và nghiên cứu trường hợp, RESONON
Khung hình ảnh siêu phổ quét dòng cho nền tảng chi phí thấp nguồn mở, viễn thám MDPI
Hình ảnh siêu phổ là gì?, NIREOS
Hình ảnh siêu phổ là gì?, SPECIM
Tại sao hình ảnh siêu phổ không được triển khai rộng rãi và làm thế nào để thay đổi điều đó?, Netguru