Quelle est la différence entre spectral, multispectral et hyperspectral

August 23, 2024

Spectral, multispectral, hyperspectral, vous ne pouvez pas faire la différence?

Analyse spectrale En tant que moyen important d'analyse des sciences naturelles, la technologie spectrale est souvent utilisée pour détecter la structure physique des objets, la composition chimique et d'autres indicateurs. La spectrométrie d'image, en revanche, combine la technologie spectrale et la technologie d'imagerie, combinant la capacité de résolution spectrale et la capacité de résolution graphique, résultant en une analyse spectrale à facettes dans la dimension spatiale, qui est maintenant connue sous le nom d'imagerie multispectrale et de technologie d'imagerie hyperspectrale.

Quelle est la différence entre spectral, multispectral et hyperspectral?

Spectre

Le spectre est la lumière monochromatique séparée par dispersion après le système dispersif (comme les prismes, les réseaux), à travers le système d'imagerie, projeté sur le détecteur pour devenir la taille de la longueur (ou fréquence) de l'agencement séquentiel du motif, qui est appelé le spectre optique. Le spectromètre Ocean Optics est basé sur ce principe de conception et de fabrication.

Ondes légères Selon différentes longueurs d'onde, il existe différents noms: longueurs d'onde dans les 380 et 780 nm entre les ondes lumineuses connues sous le nom de lumière visible, plus courte que 380 nm appelée lumière ultraviolette; et plus de 780 nm pour la lumière infrarouge (la lumière infrarouge est également divisée en proche infrarouge, moyen infrarouge, en infrarouge, etc.).

Multispectral

La technologie multispectrale fait référence à l'acquisition simultanée de plusieurs bandes spectrales optiques (généralement supérieures ou égales à 3), et dans la lumière visible sur la base de la lumière infrarouge et de la lumière ultraviolette pour étendre la direction de la technologie de détection spectrale. La méthode de réalisation commune se fait à travers une variété de filtres ou de séparateurs de faisceaux et d'une variété de combinaisons de films photographiques, de sorte qu'en même temps, respectivement, pour recevoir la même cible dans une gamme de différentes bandes spectrales étroites de signaux lumineux rayonnés ou réfléchis , pour obtenir la cible dans plusieurs bandes spectrales différentes de la photo. Les photos multispectrales les plus courantes sont celles prises par des caméras en couleur, comme indiqué ci-dessous, qui contiennent des informations dans trois bandes spectrales optiques, rouge (1), vert (2) et bleu (3), du point de vue spectral. Si plus de bandes sont ajoutées à la caméra ou au détecteur, telles que les bandes (4) et (5), une photo multispectrale avec plusieurs bandes peut être obtenue.

La technologie multi-spectrale combinée à un matériel d'imagerie permet de présenter des informations multi-spectrales sous forme d'image.

Bien sûr, il est également possible d'utiliser uniquement le détecteur pour obtenir les informations spectrales d'un seul point spatial. Pixelteq, une marque d'optique océanique, avec sa technologie de filtrage des puces uniques, peut réaliser l'acquisition de 8 canaux d'informations spectrales sur une puce 9 * 9cm, ce qui convient particulièrement aux applications avec des exigences d'espace et de coûts extrêmement élevées.

Hypépique

L'hypeppectrale est une belle technologie qui peut capturer et analyser les spectres point par point dans une zone spatiale, en raison des «caractéristiques» spectrales uniques qui peuvent être détectées dans différents emplacements spatiaux d'un seul objet, et peuvent donc détecter des substances qui ne peuvent pas être distinguées visuellement.

Exemple hyperspectral: les images se composent de bandes plus étroites (10-20 nm). Les images hyperspectrales peuvent avoir des centaines ou des milliers de bandes. Une fois qu'un objet a interagi avec la lumière à partir d'une source lumineuse et a été reçu par un dispositif d'analyse spectrale non d'imagination (par exemple, un spectromètre), le dispositif peut réagir avec précision aux différences d'intensité dans la distribution du signal lumineux reçu sur les bandes spectrales également également Connu sous le nom d'informations spectrales. Lorsque vous utilisez un équipement hyperspectral, du point de vue des caractéristiques d'imagerie, vous pouvez comprendre les informations spectrales de chaque position de l'échantillon, du point de vue des caractéristiques spectrales, vous pouvez comprendre la distribution de la position du signal dans une bande spectrale spécifique, c'est-à-dire, L'équipement hyperspectral peut obtenir des informations détaillées plus riches. Par exemple: l'œil humain ne peut recevoir que trois bandes spectrales dans le signal d'énergie lumineuse de l'objet: rouge, vert et bleu. Autrement dit, nous avons souvent appelé les trois couleurs primaires, mais en fait, nous pouvons voir la combinaison de ces trois couleurs produites par l'orange, le violet, le vert citron et ainsi de suite les couleurs plus subtiles. Cependant, nous ne sommes pas en mesure de distinguer la différence entre le jaune pur et un mélange de rouge et de vert, également connu sous le nom de «isochromatique». Mais l'imagerie hyperspectrale peut facilement distinguer la différence.

Ci-dessus, les deux jaunes, l'un de «couleur unie» et l'autre un mélange de rouge et de vert, peuvent être visuellement indiscernables, mais en raison de leurs différences spectrales, ils peuvent être distingués à l'aide d'un équipement spectroscopique. Dans nos expériences, les données obtenues avec un spectromètre représentent la moyenne de la lumière émise par toutes les molécules interagissant avec la source de lumière incidente sur toute la plage détectée, tandis qu'avec un dispositif multispectral, il est possible d'obtenir des informations sur les échantillons en quelques-uns bandes spécifiques à différents points dans la plage détectée. En conséquence, aucun de ces appareils ne peut fournir des informations d'échantillon très fins dans une seule région.

Un imageur hyperspectral (HSI) peut être analogisé à des centaines ou des milliers de spectromètres à point unique alignés étroitement et en se concentrant sur une zone en même temps, chaque spectromètre travaillant de manière indépendante et acquérant des informations spectrales sur son propre emplacement. La sortie de données de HSI est une image ou un flux vidéo, dans lequel chaque pixel a son propre spectre, et chaque spectre contient des centaines de bandes spectrales. Cette capacité à «spectre complet» de l'imagerie hyperspectrale permet de voir les signaux spectraux à chaque emplacement spatial distincable dans une scène, c'est-à-dire que des informations plus dimensionnelles sont obtenues. Par conséquent, l'imagerie hyperspectrale peut être utilisée dans une variété d'applications, notamment l'identification des œuvres d'art, la santé des cultures, la cartographie du littoral, la foresterie, l'exploration minérale, les infrastructures urbaines et industrielles, la qualité des produits dans les lignes de production, la surveillance environnementale, etc.

Méthodes de balayage hyperspectrales et résultats d'imagerie

La différence entre hyperspectrale et multispectrale

Très souvent, le spectre caractéristique de réflectance d'un matériau peut être très complexe par rapport à la longueur d'onde, et d'autres caractéristiques minuscules peuvent ne pas se distinguer en utilisant des méthodes d'imagerie multispectrale plus grossières.

Les substances indiscernables de celles identifiées en utilisant l'imagerie multispectrale (à gauche) dans la figure ci-dessus ont été distinguées par l'utilisation de l'imagerie hyperspectrale (à droite). La raison en est que parce que l'hyperspectral a plus de bandes spectrales, des caractéristiques d'empreintes digitales plus complexes peuvent être obtenues avec précision avec une résolution spectrale plus élevée.

Applications typiques

Les dispositifs hyperspectraux peuvent détecter des peintures ou des colorants spécifiques dans l'infrarouge qui ne sont pas visibles à l'œil humain. De même, les systèmes HSI dans la bande 60 ou 300 peuvent fournir des informations spectrales plus riches sur la réflectance d'un matériau qu'un système multispectral, permettant une caractérisation plus précise du matériau. L'image ci-dessous montre l'image et les informations spectrales obtenues à partir d'un morceau de tissu animal frais placé sur un tapis roulant dans un laboratoire à l'aide d'un imageur hyperspectral:

Spectrogrammes de différentes régions: (a) Régions marquées de la graisse pure, de marbrure et de portions maigres pures sur les échantillons de tissus; (b) spectrogrammes marqués dans différentes régions du diagramme (a).

De plus, nous pouvons fournir des logiciels intuitifs pour l'analyse d'imagerie, la classification et la visualisation de différentes substances avec des caractéristiques spectrales uniques. Que ces données soient obtenues à partir de l'air, au sol ou en laboratoire, vous pouvez voir des détails sur l'écran de votre ordinateur qui peuvent ne pas se distinguer à l'œil.

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