高光譜成像–從農業到軍事高光譜影像應用

什麼是高光譜

高光譜（Hyperspectral）技術是一種對光譜進行高解析度分析的成像技術，它可以在不同的波長範圍內提供每個圖元點的詳細光譜資訊。與傳統的彩色影像（通常只包含紅、綠、藍三個波段）或多光譜影像相比，高光譜影像能夠捕捉到更加豐富的光譜數據，通常涵蓋數百個波段。由於高光譜成像能夠以無破壞性的非侵入方式識別和量化材料，其在各種行業和研究應用中越來越受歡迎。
什麼是光譜成像？
光譜成像是使用整個電磁波譜範圍內多個波段的成像技術，RGB 相機使用三個可見光波段（紅色、綠色和藍色）來生成圖像，而光譜成像可以檢查物體與許多其他波段的相互作用，包括 250 nm 到 15,000 nm 以及熱紅外波段，光與物質之間相互作用的研究稱為光譜學或光譜檢測。

光譜成像系統中採用的成像技術可以捕獲和處理有關圖像內光波長的資訊，這些系統旨在捕獲電磁波譜中超出人眼可見光範圍的多個波段或資訊通道，該資料經過處理可以生成光譜資料的顏色編碼表示，從而提供有關圖像中物體的化學和物理特徵資訊。
高光譜成像的工作原理是什麼？
高光譜成像涉及使用高光譜相機來收集光譜資訊，高光譜相機會捕捉場景中的光，並將其分拆到各個不同的波長或光譜波段。高光譜相機通常包括以下組件：
•光譜儀（Spectrometer）：用於分析光的波長。
•成像感測器：負責捕捉每個圖元的光譜數據。
•成像鏡頭：用來聚焦光線，將其引導到感測器上。
它提供場景的二維圖像，同時記錄圖像中每個圖元的光譜資訊。最後，高光譜相機會生成一張高光譜圖像，其中每個圖元代表一個獨特的光譜。這種獨特的光譜類似於指紋，由於每種材料和化合物對光的反應都不同，因此它們的光譜特徵也不同，就像指紋可用來識別個人一樣，光譜可以用來識別和量化場景中的材料。
高光譜成像可提供什麼資訊？
高光譜成像系統會分析光譜回應，根據獨特光譜來檢測圖像中的特徵或物體並進行分類。高光譜成像將數位成像與光譜儀的優勢相結合，可提供關於物體的物理和化學特性的空間和光譜資訊。光譜資訊可用於識別材料並對其進行分類，空間資訊則提供了關於材料分佈和區域分離的資料。

高光譜技術的應用領域
•環境監測：監測土地利用、植被健康和水質隨時間的變化，這有助於檢測生態退化的早期跡象並跟蹤保護工作的效果。
•礦產勘探：測繪礦床，檢測礦物成分和分級。
•品質控制：以非破壞性的方式，對食品進行檢查和分級或者對工業產品中的污染物和缺陷進行檢測。
•廢品管理：以高精度可靠地分離各種各樣的材料，此資訊可用於實現回收過程自動化並提高回收材料的價值。
•農業：評估作物的健康狀況和產量，監測土壤水分和養分含量，從而優化作物管理實踐並提高作物產量。
•軍事偵察：檢測和識別危險材料。