導(dǎo)讀

近紅外相機(jī)可幫助人眼捕捉不同材料之間光譜特征的微小差異。友思特 Monarch 微型可調(diào)近紅外相機(jī)以其小體積、低成本、高性能，3步即可快速實(shí)現(xiàn)各種材料的分類應(yīng)用。

多光譜成像

每個(gè)物品都是由不同的化學(xué)物質(zhì)組成的，這些化學(xué)物質(zhì)的反射隨光譜帶的不同而不同。這意味著用標(biāo)準(zhǔn)相機(jī)拍攝的圖像將與人眼可以看到的光譜（400-700nm）相似。然而，在農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品加工和生物學(xué)等科學(xué)應(yīng)用中，這樣的成像效果是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因?yàn)榉浅２煌牟牧显谌搜劭磥韰s可能完全一致。

多光譜成像成為了解決這一難題的方案。這種技術(shù)從電磁頻譜中收集和處理信息，而不是為每個(gè)像素分配原色(紅、綠、藍(lán))。照射在每個(gè)像素上的光可以被分解成許多不同的光譜帶，以便提供有關(guān)成像對(duì)象的更多信息。它用于獲取場景圖像中每個(gè)像素的光譜，以便更準(zhǔn)確地找到物體、識(shí)別材料或檢測(cè)過程。

友思特10通道多光譜成像的數(shù)據(jù)處理示意圖

光譜成像最早是在20世紀(jì)70年代由美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的。在不久之后的20世紀(jì)80年代初，該組織開發(fā)了世界上第一臺(tái)氣溶膠成像光譜儀(AIS-1)，由此誕生了第一張光譜圖像。

如今，多光譜成像被廣泛應(yīng)用。多光譜遙感被廣泛應(yīng)用于生態(tài)學(xué)、廢物分類和回收、食品加工、眼睛保健和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。

長期以來，多光譜成像相機(jī)一直被認(rèn)為體積過大、價(jià)格高昂，在某些空間限制的應(yīng)用場合或期望應(yīng)用該技術(shù)的小型機(jī)構(gòu)中，它們被禁止使用。從價(jià)格上來講，一臺(tái)相機(jī)的價(jià)格在幾萬美元不等，而某些專業(yè)產(chǎn)品（如熱紅外區(qū)域的多/高光譜相機(jī)）的價(jià)格則要更高，這使得標(biāo)準(zhǔn)用戶無法負(fù)擔(dān)。此外，其輔助產(chǎn)品的尺寸和成本，以及諸如快速計(jì)算機(jī)、敏感探測(cè)器和此類數(shù)據(jù)所需的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量、數(shù)據(jù)分析與識(shí)別能力等，這些都會(huì)被納入考量

近紅外可調(diào)諧Fabry-Perot MEMS濾波器技術(shù)

友思特提供的微型可調(diào)近紅外 Monarch 相機(jī)和ColorIR 高光譜技術(shù)濾光片，旨在消除新的大眾市場采用多光譜紅外成像的障礙。

產(chǎn)品是基于法布里·帕姆羅特證明的光譜技術(shù)，以法國物理學(xué)家查爾斯·法布里和阿爾弗雷德·帕姆羅特的名字命名，他們?cè)?897年發(fā)明了法布里-帕姆羅特干涉儀（可變間隙干涉儀）。法布里-帕姆羅干涉儀（或稱標(biāo)準(zhǔn)龍）是由兩個(gè)平行反射面組成的光學(xué)腔，光波只有在與之共振時(shí)才能通過。

ColorIR 近紅外可調(diào)諧 FabryPerot MEMS 濾波器的解決方案是控制鏡子上的電壓，驅(qū)動(dòng)解決方案像電容器一樣工作。不同的電壓被施加到過濾器的四個(gè)角落，導(dǎo)致上面的鏡子上下移動(dòng)。反之，改變過濾器本身的中心波長，這樣可以靈活地覆蓋整個(gè)指定波長區(qū)域。

該濾光片設(shè)計(jì)用于使用標(biāo)準(zhǔn)紅外微型相機(jī)捕獲非光譜近紅外圖像。它可以應(yīng)用于任何微型紅外相機(jī)（消費(fèi)電子、專業(yè)、固定或移動(dòng)型號(hào)），將其轉(zhuǎn)換為多光譜認(rèn)證、檢測(cè)和檢查設(shè)備。它體積微小且具有成本效益，使其比傳統(tǒng)解決方案更具包容性。此外，它還能適應(yīng)極端環(huán)境條件、溫度范圍、噪音、機(jī)械沖擊等。

基于濾光片制造的 Monarch II 是世界上最小的便攜式可調(diào)高光譜紅外相機(jī)。它不需要昂貴、笨重或敏感的設(shè)備和訓(xùn)練有素的操作人員，其高性價(jià)比和簡單操作的特征打破了多/高光譜相機(jī)在各種應(yīng)用和大眾市場平臺(tái)上廣泛采用的壁壘。友思特Monarch II 尺寸僅有 6.0 cm x 4.5 cm ，配備光譜范圍680 - 940 nm 的高速鏡頭。這款130萬像素的攝像頭幀率為60fps，并配有USB 2.0和3.0接口，用于數(shù)據(jù)傳輸和供電。

應(yīng)用示例：皮革分類

供應(yīng)鏈中質(zhì)量保證的重要性正在不斷提升，制造商、供應(yīng)商和買家都要求檢查貨物并驗(yàn)證它們是否符合所需的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。鑒別不同材料是評(píng)估產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵步驟。當(dāng)人眼或RGB相機(jī)無法完成此任務(wù)時(shí)，可以使用圖像分類技術(shù)來檢測(cè)和測(cè)量與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的任何差異。

一般來說，當(dāng)使用NIR近紅外相機(jī)觀察不同材料時(shí)，可以捕捉到材料之間光譜特征的差異。例如，皮革、棉花和聚酯都有不同的光譜特征，因此在不同波長下成像時(shí)，每種材料的反應(yīng)不同，即不同材料會(huì)在各個(gè)波長吸收和反射不同數(shù)量的光。通過測(cè)量這些特征，分類過程變得更加容易。

第一階段 - 數(shù)據(jù)收集

建模階段至少需要每種材料的一個(gè)立方體。強(qiáng)烈建議使用Spectralon，這是一種白色參考材料，用于歸一化和補(bǔ)償環(huán)境條件(如光、溫度和空間變量)的變化。

第一件物品：真皮

第二件物品：人造皮革

白參考

*Monarch相機(jī)方案僅提供以上成像軟件

第二階段 - 創(chuàng)建分類算法

第一階段收集的數(shù)據(jù)用于創(chuàng)建分類算法，其中每個(gè)物體都使用其材料的光譜特征進(jìn)行標(biāo)記。

*此部分算法相機(jī)套裝中并不提供

第三階段 - 應(yīng)用模型進(jìn)行分類

*此部分功能相機(jī)套裝中并不提供

更多高光譜成像應(yīng)用

Monarch Pro 多光譜相機(jī)是市場上最小巧、最具成本效益的解決方案，使其成為任何需要在近紅外范圍內(nèi)分類的OEM應(yīng)用的完美選擇。

因此，基于同樣操作，使用 Monarch Pro 多光譜相機(jī)可以實(shí)現(xiàn)多種樣品的識(shí)別功能：

辨別真假水果

辨別液體：可樂/酒/醋/醬油

辨別液體：水和油

辨別棉與滌綸

辨別花生、開心果與西瓜種子

了解更多？歡迎訪問官網(wǎng)，探索豐富案例：https://viewsitec.com/multispectral-nir-camera/

關(guān)注友思特機(jī)器視覺與光電公眾號(hào)、加入行業(yè)交流群或直接聯(lián)系我們，輕松收獲更多技術(shù)干貨


審核編輯 黃宇