多光谱和高光谱成像提供精确检查

从生产线上的pcb检测到通过卫星观测作物，多光谱和高光谱成像让用户能够检测到传统RGB或单色相机无法检测到的非常小的差异。

该技术正在吸引更多用户，因为全球高光谱成像市场预计到2019年将达到7429万美元，2014年至2019年的增长率为12%。而且，由于传感器、过滤器和处理器的进步，多光谱和高光谱成像正变得更便宜、更紧凑、更容易用于各种应用。

从天上下来的检查
遥感是多光谱和高光谱成像的最大应用之一。“例如，其中一些过滤器是专门针对林业而设计的，”该公司国际销售经理让•皮埃尔•卢瓦诺表示Teledyne DALSA(加拿大安大略省滑铁卢)。“如果有一颗卫星在亚洲上空飞行，你就会有一个非常特殊的过滤器，将云层从太阳上过滤掉，以观察特定的波长，例如，你可以非常清楚地看到稻田。”

Teledyne Dalsa正在为丹LSpaceteq开发一个新的MultiSpectral Image Sensor，这是一个基于南非的政府机构，提供高性能卫星系统。传感器将使高级地球观测应用，其中包括植被。“你可以想象非洲的那些国家，在那里你正在越来越多的沙丘和植被萎缩，政府希望衡量植被和干旱地区之间的变化，然后形成一个响应一个或改进另一个或改善另一个的计划，“Luevano说。

政府机构和农业公司都是部署多光谱和高光谱成像，以测量作物健康和生长。这可能需要任何东西鉴定耐水植物以检测该领域的患病作物。“Strawberry growers have an interest in using multispectral analysis to discern sugar content in the berries because after they’re picked the growers want them to be sorted for high quality for direct consumption as fruit, versus lower quality that goes into juices or additives,” says Dr. Rex Lee, president of金字塔成像(佛罗里达州坦帕市)。

更常见的是，用于精密农业应用的多光谱成像在无人驾驶飞行器（无人机）上找到一个家庭，因为相机变小。Ximea.(Marianka，斯洛伐克)将发布MQ022HG-IM-LS150-VISNIR，其xiSpec系列中最新的行扫描高光谱相机。该相机将可见光和近红外(NIR)融合在一起，采用了比利时imec公司的传感器，该公司开发了在图像传感器上应用像素级光谱滤光片的工艺。该传感器在470-900 nm范围内具有150+波段。这款相机的重量只有32克，功耗也很低。

Ximea首席运营官Jürgen Hillmann解释说:“对于行扫描系统来说，你必须移动相机或物体，或者两者都要移动，为了获得完整的高光谱信息，至少要将150张照片拼接在一起。”

Hillmann说，除了农业，MQ022HG-IM-LS150还适用于更多的本地或移动手持系统，包括医疗应用，如检测血液氧合水平的皮肤检测，用非看不见的标记检测钞票上的盗版，以及食品分类。

多光谱成像在植物地板上是有用的。Teledyne Dalsa最初开发了它的Piranha4 2K四轮线轴CMOS线扫描多光谱相机，用于机器视觉应用。相机具有RGB输出加上单色或近红外（NIR）通道，不仅允许电子制造商，而且还可以在印刷检测和食品和物质中进行OEM来检测他们之前无法看到的缺陷。

同时，adimec.（荷兰埃因霍温）与IMEC合作，以评估视频率的即时高光谱成像的能力，并以其客户在机器视觉，医疗保健和全球安全方面更快。Adimec的石英相机系列用作促进高光谱立方体的评估平台，在每秒340帧的340帧中促进高光谱立方体。

在更广泛采用的道路上
对于所有优点，提供多光谱和高光谱成像仍然符合局限性。而MultiSpectral使用少数光谱带​​，Hyperspectral可以使用数百个。“我们可以将过滤器放在摄像机前面并在传感器上获得波长色散，我们可以使该相机​​成为高光谱数据收集器，”Lee博士说。“但是在看一个复杂的场景时，你会看到一个众多的频谱，这将是现场中的一切的集结。这变得非常复杂。“

因此，高光谱成像是数据密集型的，需要大量的计算能力和带宽来传输相机收集的大量信息。Ximea希望通过将其产品从相机扩展到能够实时处理高光谱数据的计算模块来解决其中一些问题。

“相机不仅仅是独立的，而是嵌入式相机紧紧地连接到计算发动机，而不是广泛的图像提供可操作的数据，”Ximea首席执行官Max Larin说。

为了说明他的观点，Larin以NVIDIA®Jetson™TX1为例，这是一款信用卡大小的嵌入式超级计算机，专为无人机设计。该模块可提供1tflop的性能，使用机器学习与视觉结合来识别物体或解释信息。

Larin说:“我们正在创建包含所有互连的载波板，这不仅包括电源供应和数据，还包括同步和各自的软件。”“我们的合作伙伴正在将硬件集成到外壳中，因为这些组件很轻，在全速运行时最多只使用6或7瓦的功率。”

在空间应用的多和高光谱成像方面，成本仍然是高分辨率成像仪的最大障碍之一。“由于这些探测器往往是昂贵的事实，多光谱成像不会被更广泛地使用，”Teledyne Dalsa的Luevano说。“通常，较小的国家不能支付全面有效载荷或完整卫星费用。这可以达到数亿美元。“在这些情况下，较小的政府或私人实体最终购买数据而不是开发自己的遥感系统。

尽管多光谱和高光谱成像技术在更广泛的应用中仍然面临挑战，但缩小相机尺寸和更好的处理能力为更多需要精密检测的应用打开了大门。