友思特应用 | 慧眼识珠：如何实现无障碍高光谱成像？

导读

近红外相机可帮助人眼捕捉不同材料之间光谱特征的微小差异。友思特 Monarch 微型可调近红外相机以其小体积、低成本、高性能，3步即可快速实现各种材料的分类应用。

多光谱成像

每个物品都是由不同的化学物质组成的，这些化学物质的反射随光谱带的不同而不同。这意味着用标准相机拍摄的图像将与人眼可以看到的光谱（400-700nm）相似。然而，在农业、环境监测、食品加工和生物学等科学应用中，这样的成像效果是远远不够的，因为非常不同的材料在人眼看来却可能完全一致。

多光谱成像成为了解决这一难题的方案。这种技术从电磁频谱中收集和处理信息，而不是为每个像素分配原色(红、绿、蓝)。照射在每个像素上的光可以被分解成许多不同的光谱带，以便提供有关成像对象的更多信息。它用于获取场景图像中每个像素的光谱，以便更准确地找到物体、识别材料或检测过程。

友思特10通道多光谱成像的数据处理示意图

光谱成像最早是在20世纪70年代由美国宇航局喷气推进实验室开发的。在不久之后的20世纪80年代初，该组织开发了世界上第一台气溶胶成像光谱仪(AIS-1)，由此诞生了第一张光谱图像。

如今，多光谱成像被广泛应用。多光谱遥感被广泛应用于生态学、废物分类和回收、食品加工、眼睛保健和环境监测等领域。

长期以来，多光谱成像相机一直被认为体积过大、价格高昂，在某些空间限制的应用场合或期望应用该技术的小型机构中，它们被禁止使用。从价格上来讲，一台相机的价格在几万美元不等，而某些专业产品（如热红外区域的多/高光谱相机）的价格则要更高，这使得标准用户无法负担。此外，其辅助产品的尺寸和成本，以及诸如快速计算机、敏感探测器和此类数据所需的大数据存储容量、数据分析与识别能力等，这些都会被纳入考量

近红外可调谐Fabry-Perot MEMS滤波器技术

友思特提供的微型可调近红外 Monarch 相机和ColorIR 高光谱技术滤光片，旨在消除新的大众市场采用多光谱红外成像的障碍。

产品是基于法布里·帕姆罗特证明的光谱技术，以法国物理学家查尔斯·法布里和阿尔弗雷德·帕姆罗特的名字命名，他们在1897年发明了法布里-帕姆罗特干涉仪（可变间隙干涉仪）。法布里-帕姆罗干涉仪（或称标准龙）是由两个平行反射面组成的光学腔，光波只有在与之共振时才能通过。

ColorIR 近红外可调谐 FabryPerot MEMS 滤波器的解决方案是控制镜子上的电压，驱动解决方案像电容器一样工作。不同的电压被施加到过滤器的四个角落，导致上面的镜子上下移动。反之，改变过滤器本身的中心波长，这样可以灵活地覆盖整个指定波长区域。

该滤光片设计用于使用标准红外微型相机捕获非光谱近红外图像。它可以应用于任何微型红外相机（消费电子、专业、固定或移动型号），将其转换为多光谱认证、检测和检查设备。它体积微小且具有成本效益，使其比传统解决方案更具包容性。此外，它还能适应极端环境条件、温度范围、噪音、机械冲击等。

基于滤光片制造的 Monarch II 是世界上最小的便携式可调高光谱红外相机。它不需要昂贵、笨重或敏感的设备和训练有素的操作人员，其高性价比和简单操作的特征打破了多/高光谱相机在各种应用和大众市场平台上广泛采用的壁垒。友思特Monarch II 尺寸仅有 6.0 cm x 4.5 cm ，配备光谱范围680 - 940 nm 的高速镜头。这款130万像素的摄像头帧率为60fps，并配有USB 2.0和3.0接口，用于数据传输和供电。

应用示例：皮革分类

供应链中质量保证的重要性正在不断提升，制造商、供应商和买家都要求检查货物并验证它们是否符合所需的质量标准。鉴别不同材料是评估产品质量的关键步骤。当人眼或RGB相机无法完成此任务时，可以使用图像分类技术来检测和测量与质量标准的任何差异。

一般来说，当使用NIR近红外相机观察不同材料时，可以捕捉到材料之间光谱特征的差异。例如，皮革、棉花和聚酯都有不同的光谱特征，因此在不同波长下成像时，每种材料的反应不同，即不同材料会在各个波长吸收和反射不同数量的光。通过测量这些特征，分类过程变得更加容易。

第一阶段 - 数据收集

建模阶段至少需要每种材料的一个立方体。强烈建议使用Spectralon，这是一种白色参考材料，用于归一化和补偿环境条件(如光、温度和空间变量)的变化。

第一件物品：真皮

第二件物品：人造皮革

白参考

*Monarch相机方案仅提供以上成像软件

第二阶段 - 创建分类算法

第一阶段收集的数据用于创建分类算法，其中每个物体都使用其材料的光谱特征进行标记。

*此部分算法相机套装中并不提供

第三阶段 - 应用模型进行分类

*此部分功能相机套装中并不提供

更多高光谱成像应用

Monarch Pro 多光谱相机是市场上最小巧、最具成本效益的解决方案，使其成为任何需要在近红外范围内分类的OEM应用的完美选择。

因此，基于同样操作，使用 Monarch Pro 多光谱相机可以实现多种样品的识别功能：

辨别真假水果

辨别液体：可乐/酒/醋/酱油

辨别液体：水和油

辨别棉与涤纶

辨别花生、开心果与西瓜种子

了解更多？欢迎访问官网，探索丰富案例：https://viewsitec.com/multispectral-nir-camera/

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审核编辑 黄宇