一、什么是高光譜？

成像光譜技術由分光計發(fā)展而來，它是一項新技術，又名高光譜成像技術，傳統(tǒng)的光譜分析技術只能做局部平均光譜分析，而高光譜能夠做到整幅圖的各個點光譜分析。成像光譜有凝視成像型、推帚型、擺掃型。它能夠在生成一副圖像的同時獲取這副圖像每個像素點的光譜信息，實現(xiàn)“圖譜合一”。高光譜獲取的光譜信息能夠包括圖像中任何一個像素點的光譜，而普通的地物光譜儀只能獲取測試地物的平均光譜，所以高光譜獲取的數(shù)據(jù)能夠跟準確、精細地去分析被測地物。它的出現(xiàn)標志著光學遙感進入了高光譜遙感階段，利用從高光譜數(shù)據(jù)反演的地物反射光譜特征，能研究地球表面物體的分類、物質的成分、含量、存在狀態(tài)、空間分布及動態(tài)變化。

2.1 典型地物光譜特征

高光譜相機的應用領域非常廣泛。在環(huán)境監(jiān)測中，它能夠用于植被健康檢測、水質監(jiān)測和大氣成分分析等；在農業(yè)中，它可以實現(xiàn)作物分類、病蟲害檢測和土壤肥力評估；在工業(yè)檢測中，高光譜相機可用于材料分類和產(chǎn)品質量控制；在醫(yī)療健康領域，它在皮膚病診斷和組織分析方面展現(xiàn)了巨大的潛力；在國防和安全領域，它則能夠進行目標識別和偽裝檢測。這些應用展現(xiàn)了高光譜相機在各個領域的廣泛價值。

與傳統(tǒng)成像設備相比，高光譜相機具有顯著的優(yōu)勢。普通彩色相機只能捕捉紅、綠、藍三種顏色的信息，而高光譜相機則能夠捕捉數(shù)百甚至上千種光譜信息，從而實現(xiàn)更高的光譜分辨率和更精確的物質識別能力。相比于光譜儀，高光譜相機不僅能夠進行光譜分析，還能同時實現(xiàn)空間成像，具備獨特的優(yōu)勢。

高光譜相機的市場前景廣闊。隨著技術的發(fā)展，便攜式高光譜相機和小型化趨勢正逐漸興起，同時數(shù)據(jù)處理技術的進步也在不斷推動高光譜成像技術的發(fā)展。

二、實驗背景

2.1 應用背景

由于手機背板顏色的均勻性影響著產(chǎn)品本身的品質，而傳統(tǒng)的人工檢測方式雖然能識別大部分的異色產(chǎn)品，但是基于主觀的測試條件會讓產(chǎn)品的判斷標準難以統(tǒng)一且工作量龐大，因此希望能通過高光譜相機檢測出手機背板的異色區(qū)域和正常區(qū)域。

2.2 實驗目的

對使用高光譜相機的方式來區(qū)別出手機背板的異色區(qū)域和正常區(qū)域的可行性進行驗證。

便攜式高光譜成像系統(tǒng)

地物光譜儀采集與分析

3.1 實驗儀器列表

3.2 實驗內容

原理示意圖

將樣品放置在均勻光源下，通過光譜相機可以獲取來自樣品反射光的光譜數(shù)據(jù)，光譜數(shù)據(jù)可以用于驗證異色區(qū)域和正常區(qū)域的差異，前后一共進行兩次測量實驗。

測量手機背板樣品共計 38 片，報告內容以 1-6 號數(shù)據(jù)展示。

圖 1 樣品圖片

圖 2 測試環(huán)境

圖3 測試環(huán)境

第一次實驗

1號樣品

2號樣品

3號樣品

4 號樣品

5 號樣品

6 號樣品

通過相機拍攝的圖片和樣品本身的圖片對比可以發(fā)現(xiàn)直接通過觀察圖像是很難去識別一些 異色不明顯的樣品的。在光譜對比上，在標簽附近區(qū)域選擇多個位置的光譜對比，發(fā)現(xiàn)除了 強度上有變化其余在光譜趨勢上幾乎一致。

第二次實驗

1號樣品

2 號樣品

3 號樣品

4 號樣品

5 號樣品

6 號樣品

第二次實驗換了光源和相機，整體的效果跟第一次實驗一樣 6 個樣品的異色區(qū)域跟正常區(qū)域差異不明顯。在光譜上，異色區(qū)域和正常區(qū)域的光譜在 400-1000nm 同樣沒有太大區(qū)別，光譜的趨勢是一致的只有光譜強度上的小差異，但是光譜強度上的差異很大程度上是受光源的均勻性和穩(wěn)定性影響。

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審核編輯 黃宇