【技术文章】成像领域新利器——高光谱相机

高光谱应用领域广泛，可以应用在以下领域

（1）农业和植被

（2）食品

（3）垃圾回收

（4）地质研究

（5）环境监测

（6）医疗医药

（7）色彩测量

（8）国防安全

（9）航空领域

（10）汽车领域

更多探索领域……

近年来随着无人机发展的日渐成熟，无人机搭载高光谱相机的应用领域不断拓展，例如，利用无人机搭载高光谱相机对土壤氮磷钾进行了监测研究，研究结果为土地的大范围施肥提供决策依据;通过无人机高光谱相机获取水稻田的高光谱影像，进而分析水稻的叶片氮含量，所构建的模型精度为R2=0.85，研究结果为无人机高光谱遥感反演水稻氮水平提供了理论依据;使用无人机搭载高光谱相机，可以测量树上苹果的糖含量，并在收获季节之前预测质量，确定其等级。

水份含量是许多行业中至关重要的一个参数:

对于食品行业来说，这个参数与产品质量密切相关。例如，它是肉类行业新鲜程度的指标。在生产干果时，也需要对其进行适当监测。

监测燃料(如木船)的水份含量，以优化燃烧过程和效率。

在造纸行业，水份含量需要在许多生产阶段进行监控，以此来确保质量。

在精准农业中，叶片的水份含量是植物健康的良好指标。

因此，监测水份含量可以提高许多行业的生产质量并帮助其优化工艺。灵敏和精确的检测技术正是我们所需要的，在这种背景下，Specim相机提供了多种方案。

水在近红外光谱范围内具有很强的吸收特性，因此使用SpecimFX17来监测其含量是十分清晰而明显的。近红外光谱结合化学计量算法可以定量地显示水份含量。由于光谱成像结合了光谱和成像，因此FX17还可以绘制水份的空间分布，这对某些应用(如精密农业和肉类加工)至关重要。

在本案例中，我们研究了肉糜样品的水份含量。水份含量与新鲜程度密切相关，且需要精确监测，特别是在产品包装之前。在这项研究中，Atria公司(考哈约基,芬兰)提供了10个肉糜样本，为了了解样本的水份含量，我们找第三方实验室进行水份分析认证(位于芬兰塞伊奈约基的Seilab公司;方法为NMKL14:2012;见下表1)。

表1：本研究中包括每个样品的水分含量(g/100g)。样品3和9用于验证。

我们使用SpecimFX17高光谱相机测量样品。它收集了图像上每个像素的近红外光谱(900- 1700nm)。这些数据可以通过回归模型转换为水份含量。我们使用其中的8个样本来建立和校准模型，使用剩下的两个样本进行验证(表1中用*表示)，最后使用perClassMira软件处理数据。

塑料是多种材料(聚合物)与不同化合物和添加剂(如颜料或纤维)的组合，具体类别取决于其用途。目前，不同类型的塑料很难区分，这就是塑料难以分离和回收的原因。

奥尔胡斯大学生物与化学工程系的研究人员与Vestforbrnding、DanskAffaldsminimering Aps 和PLASTIX合作开发了一种新的高光谱相机技术，可以分辨出12种不同类型的塑料之间的差异，涵盖了绝大多数家用塑料类型。

目前使用近红外技术(NIR)或通过密度测试来分离塑料，这些方法可以分离某些塑料成分(例如PE、PP和PET)，但精度与新技术不同，新技术能极大提高废塑料的回收率。

使用高光谱技术开展地质研究目前是一种非常先进技术手段，目前在CNK可以看到相关领域的系列文献。

皮肤癌是常见的恶性肿瘤之一，由于它的早期表现同其他皮肤疾病相似，因此仅凭肉眼难以确诊。而利用高光谱相机，则可以在五秒内检测到皮肤癌。相机应用高分辨率超光谱成像技术，可捕捉到人肉眼看不到的表皮症状。相机在2秒内可以扫描拍摄12平方厘米的皮肤，侦测任何皮肤癌的前兆。患者根据扫描的结果就能提前做好诊疗的准备。普通相机拍摄时只能捕捉到几个窄波段图像，而高光谱相机则可以捕捉几十个。相机将拍摄到的图像整合成三维图像，因此皮肤上的任何肿瘤都将被精确地放大和定位。

2018年5月9日，北京时间2时28分，我国在山西太原卫星发射中心成功发射“高分五号”高光谱卫星。其搭载的可见短波红外高光谱相机对复杂地物、环境具有突出的识别和分类能力。它可同时获取观测对象的几何、辐射和光谱信息，并以足够高的光谱分辨率、空间分辨率和辐射分辨率，定量获取观测目标的构造和成份等信息，同时获取观测路径上大气等相关信息，实现对陆地表面高光谱、高空间、高辐射分辨率成像光谱观测。

VNIR (380-1000nm)可见光近红外

SWIR (1000-2500nm) 短波红外

MWIR(7.6– 12.4μm) 中波红外

LWIR热红外

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