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高光譜成像如何工作的?

作者:時(shí)間:2023-05-0971 次瀏覽

信息摘要:

與使用標(biāo)準(zhǔn) (RGB) 相機(jī)相比,高光譜相機(jī)為用戶提供了捕獲有關(guān)場(chǎng)景的更多信息的能力。根據(jù)所使用的硬件,捕獲的圖像可能有數(shù)十或數(shù)百個(gè)通道,結(jié)果圖像的每個(gè)通道都描述了給定波長的捕獲光。

與使用標(biāo)準(zhǔn) (RGB) 相機(jī)相比,高光譜相機(jī)為用戶提供了捕獲有關(guān)場(chǎng)景的更多信息的能力。根據(jù)所使用的硬件,捕獲的圖像可能有數(shù)十或數(shù)百個(gè)通道,結(jié)果圖像的每個(gè)通道都描述了給定波長的捕獲光。


RGB 圖像和組件

上圖顯示了一張 RGB 照片及其三個(gè)組成部分(紅色、色和藍(lán)色通道)的分解,以及它們?nèi)绾蜗嗉右詣?chuàng)建彩色圖像


高光譜圖像和組件

上圖顯示了高光譜圖像的類似示例,其中最終圖像由在許多不同顏色波長下捕獲的許多通道組成

高光譜相機(jī)的工作方式與傳統(tǒng)相機(jī)大致相同。主要區(qū)別在于用于捕捉圖像的傳感器(CCD、CMOS)。光線聚焦到傳感器上,傳感器在超過普通相機(jī)使用的普通紅色、綠色和藍(lán)色波長的波長通道范圍內(nèi)捕獲圖像。根據(jù)特定的高光譜相機(jī),圖像最終可能包含 7 到 100 個(gè)數(shù)據(jù)通道,每個(gè)通道都捕獲特定波長的光。

高光譜相機(jī)捕獲的數(shù)據(jù)通常存儲(chǔ)為“圖像立方體”,之所以這樣命名,是因?yàn)閿?shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)通常被認(rèn)為是三維的。與傳統(tǒng)圖像一樣,其中兩個(gè)維度是空間維度,即它們構(gòu)成圖像中的像素。第三維是光譜——對(duì)于每個(gè)像素,將有許多波長樣本。在傳統(tǒng)的彩色圖像中,該維度的深度為3,(R, G, B)。在高光譜圖像中,該深度等于通道數(shù)(例如7-100)。每個(gè)像素的樣本構(gòu)成該像素的“光譜特征”。

“光譜特征”可用于發(fā)現(xiàn)場(chǎng)景的物質(zhì)構(gòu)成,因?yàn)榕c傳統(tǒng)彩色圖像提供的 RGB 信息相比,它們提供了更多關(guān)于所描述像素的信息。不同的材料具有獨(dú)特的光譜特征,這些特征可以被隔離、分類、保存和比較。通過建立一個(gè)光譜特征庫,可以對(duì)圖像進(jìn)行強(qiáng)大的分析而不是說一個(gè)像素是棕色的,可以根據(jù)它的光譜特征說那個(gè)像素是橡木。

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