成像应用程序使用LED跨越频谱

随着更多彩色摄像头为其现有的红色，绿色和蓝色渠道添加红外频段，机器视觉市场正在欣赏到多光谱成像解决方案的复兴，曾经仅由政府机构负担得起。多光谱和高光谱成像应用都需要测量来自电磁谱的带内的物体的反射能量。虽然多光谱视觉系统可以仅在三个和10个不同的频带之间采样，例如RBG和近红外线（NIR），但高光谱系统可以像多达200个以上一样采样。

由于多光谱系统在较窄频带处的样本频率，因此收集的图像包含比多光谱图像更多的数据，因此可以检测对象特征之间的子专题差异。然而，较大的数据集需要专门的图像处理和数据分析，以将光谱测量变为可用信息。

在高光谱成像应用中，需要广泛的平坦光谱照明方法，使得高光谱相机可以在用相等强度照射的频谱上获取数百个样本频率。当与高光谱相机耦合时脓版（Oulu，芬兰）或福音（Bozeman，Montana），系统设计师可以解决极其困难的质量保证应用，例如用两种类型的瑕疵区分煮熟的鸡块。

直到最近，钨卤灯和照明控制器是多光谱和高光谱机视觉应用的最常见的照明来源。使用这些照明方法的优点包括它们的低成本，高发光输出和来自NIR可见的广谱特性（图1）。然而，同时，这种灯泡产生大量的热量，具有约2,000小时的相对短的寿命，并且随着年龄的增长，易受来自冲击和振动的故障。

因此，许多开发人员都希望用LED取代白炽灯。虽然它们可能不会产生与钨 - 卤素灯的相同发光输出或相同的显色指数（CRI），但LED不会遭受冲击和振动故障，并且可以表现出50,000小时以上的寿命。在诸如荧光显微镜的既定市场中，诸如从Prizmatix（Givat-Shmuel，以色列）的OptiSlocks家族（Givat-Shmuel）的产品已经采用高功率的白色LED，其可以用作耦合到液体光导或光纤的准直光源。在这种类型的设计中，白光输出的目的是尽可能地在电磁谱上线性。

白光，少热
虽然许多这样的单位使用蓝色激励LED IC，具有绿色和红磷光体或黄色磷光体，以实现近白光，CCS America（Burlington，Massachusetts）采用紫罗兰色励磁型装置，具有蓝色，绿色和红色磷光体，在其天然轻的高色渲染LED中实现高CRI。因为这些设备使用紫色激励，包括从紫罗兰到红色的所有波长的可见光，它们具有极近太阳的自然光（图2.）。

其他公司已经采取了不同的方法来生产广泛的光谱照明，而是在其设计中使用具有不同频率的众多LED。完成此任务所需的LED是有必要的。

视觉计算科学家Chloe Legendre和她在USC研究所的同事创意技术（Playa Vista，California）表明，通过分析来自Lumileds的11个Luxeon LED（加利福尼亚州San Joseia），只有五个独特光谱的LED可用于颜色准确的多光谱照明再现。这些包括具有窄发射光谱的红色，绿色和蓝色LED，以及具有更广泛光谱的白色和琥珀色。迄今为止，许多公司已经采取了使用多个LED的方法来产生广谱照明产品。

用它的太阳模拟器，Prophotonix.（Salem，New Hampshire）表明，设计中使用的不同波长的数量将决定LED产生的频谱与太阳的光谱相匹配。该公司发现，使用20个或更多不同的波长而不是四个更准确地完成这项任务。与ASTM G-173AM 1.5给出的太阳谱标准相比（以蓝色显示）相比，23波长LED太阳模拟器与标准的近似近似。

与Provhotonix一样，图像工程（Kerpen-Horrem，Germany）在IQ-LED设计中使用多个LED，包括80个LED的22通道LED指示灯，安装在10×10cm PCB上（图3.）。该装置从400nm到820nm产生标准日光分布照明。来自IQ-LED的光与CIE标准光源D65的光线密切相关，其描绘了标准阳光和漫射照明条件。对于寻求将光线融入其系统的开发人员，图像工程提供了用C ++编写的应用程序编程接口（API）。

Fibertech Optica（基奇纳，安大略省）在其多波长LED光源的设计中采取了不同的方法。使用专有的光纤耦合方法，本公司将多个LED组合在可配置的光纤束中的多个LED，该光纤束可用于使用不同的离散LED选择跨越UV到NIR光谱范围的特定频谱分布（图4.）。

多光谱在生产线上
虽然上述产品可以靶向荧光显微镜和生物医学和光谱仪器等利基应用，但是其他高光谱照明牢固地指向机器视觉。例如，在线扫描成像，众多LED可用于开发提供均匀光源的线路灯。一个例子是VNIR系列线灯来自中期科技（布里斯托尔，宾夕法尼亚州）。使用宽带蓝色（350-500nm），宽带日光（480-780nm）和Nir LED的组合，线路灯采用扩散器和聚焦镜头，以在可见光谱上提供均匀的照明。

智能视觉灯（Michigan）还使用多LED配置来产生带均匀照明的背光。其白色红外线（WIR）背光灯在450-980nm频谱上提供了一个宽带白色LED和两个红外LED。然而，由于智能视觉灯的工程主任，解释说明，在高光谱成像所需的广谱上实现平坦光谱响应是昂贵的，对于通常使用多光谱成像的机器视觉系统昂贵且不必要。

在多光谱成像应用中，多色检测灯如双轴RGB LED灯，来自智能视觉灯和中间技术的多光谱背光和线路灯使用多个离散的红色，绿色，蓝色和IR LED，允许两家公司定制光的波长和光谱响应。在智能视觉灯的线路灯的情况下，强度和RGB颜色值都可以独立混合，用于具有高反射性饰面的产品检测任务。

当与多光谱相机一起使用，如Piranha4 P4-2K RGB + NIR 2K线扫描相机，多光谱照明系统最佳Teledyne Dalsa.（Waterloo，安大略省）和AD-130GE，一个双CCD MultiSpectral 1296 x 966区域阵列相机jai.（哥本哈根，丹麦）包含二向色棱镜，同时捕获可见和NIR图像。

Mark Kolvites称，Mark Kolvites，Mark Kolvites，Mark Kolvites，Mark Kolvites，Mark Kolvites，Mark Kolvites，Mark Kolvites，Mark Kolvites，Mark Kolvites表示，采用多光谱线灯非常重要。这是因为可能有必要从红色照明切换到将蓝色打印功能图像蓝色照明，以在快速为1 MHz的速度下图像红色特征。多光谱照明优化每个RGB和NIR信道以匹配多光谱相机的光谱响应，以提高相机/照明系统的灵敏度。

智能视觉灯'Pinters预期更多采用多光谱RGB / SWIR（短波红外线）成像，因为相机的成本降低 - 苏尔州的费用低于10,000美元。结合较低的成本硬件，相机和照明制造商继续扩展其多光谱产品，并反过来为其工业和医疗客户创造更多的成像选项。