¿Cuál es la diferencia entre espectral, multiespectral e hiperespectral?

August 23, 2024

Espectral, multiespectral, hiperespectral, ¿no puede notar la diferencia?

El análisis espectral como un medio importante de análisis de ciencias naturales, la tecnología espectral a menudo se usa para detectar la estructura física de los objetos, la composición química y otros indicadores. La espectrometría de imágenes, por otro lado, combina tecnología espectral y tecnología de imágenes, que combina la capacidad de resolución espectral y la capacidad de resolución gráfica, lo que resulta en un análisis espectral facetado en la dimensión espacial, que ahora se conoce como imágenes multiespectrales y tecnología de imágenes hiperespectrales.

¿Cuál es la diferencia entre espectral, multiespectral e hiperespectral?

Espectro

El espectro es la luz monocromática separada por dispersión después del sistema dispersivo (como prismas, rejillas), a través del sistema de imágenes, proyectado en el detector para convertirse en el tamaño de longitud de onda (o frecuencia) de la disposición secuencial del patrón, que se conoce como El espectro óptico. El espectrómetro Ocean Optics se basa en este principio de diseño y fabricación.

Ondas de luz De acuerdo con diferentes longitudes de onda, hay diferentes nombres: longitudes de onda en 380 y 780 nm entre las ondas de luz conocidas como luz visible, más cortas que 380 nm llamada luz ultravioleta; y más de 780 nm para la luz infrarroja (la luz infrarroja también se divide en el infrarrojo cercano, el infrarrojo medio, el infrarrojo lejano, etc.).

Multiespectral

La tecnología multiespectral se refiere a la adquisición simultánea de múltiples bandas espectrales ópticas (generalmente mayores o igual a 3), y en la luz visible sobre la base de la luz infrarroja y la luz ultravioleta para expandir la dirección de la tecnología de detección espectral. El método de realización común es a través de una variedad de filtros o divisores de haz y una variedad de combinaciones de películas fotográficas, de modo que al mismo tiempo, respectivamente, recibir el mismo objetivo en una gama de diferentes bandas espectrales estrechas de señales de luz irradiadas o reflejadas , para obtener el objetivo en varias bandas espectrales diferentes de la foto. Las fotos multiespectrales más comunes son las tomadas por cámaras de color, como se muestra a continuación, que contienen información en tres bandas espectrales ópticas, rojo (1), verde (2) y azul (3), desde el punto de vista espectral. Si se agregan más bandas a la cámara o detector, como las bandas (4) y (5), se puede obtener una foto multiespectral con múltiples bandas.

La tecnología multi-espectral combinada con hardware de imágenes permite que se presente información multipectral en forma de imagen.

Por supuesto, también es posible usar solo el detector para obtener la información espectral de un solo punto espacial. Pixelteq, una marca de óptica oceánica, con su tecnología de filtrado de chips única, puede realizar la adquisición de 8 canales de información espectral en un chip de 9*9 cm, que es especialmente adecuado para aplicaciones con requisitos de costo y espacio extremadamente altos.

Hipespectral

Hypespectral es una tecnología fina que puede capturar y analizar el punto de los espectros por punto en un área espacial, debido a las "características" espectrales únicas que se pueden detectar en diferentes ubicaciones espaciales de un solo objeto y, por lo tanto, pueden detectar sustancias que no pueden distinguirse visualmente.

Ejemplo hiperespectral: las imágenes consisten en bandas más estrechas (10-20 nm). Las imágenes hiperespectrales pueden tener cientos o miles de bandas. Después de que un objeto interactúa con la luz de una fuente de luz y es recibido por un dispositivo de análisis espectral de no imagen (por ejemplo, un espectrómetro), el dispositivo puede reaccionar con precisión a las diferencias de intensidad en la distribución de la señal de luz recibida sobre las bandas espectrales también conocido como información espectral. Cuando se utiliza equipos hiperespectrales, desde la perspectiva de las características de las imágenes, puede comprender la información espectral de cada posición de la muestra, desde la perspectiva de las características espectrales, puede comprender la distribución de la posición de la señal en una banda espectral específica, es decir, es, es, es decir, es. El equipo hiperespectral puede obtener información detallada más rica. Por ejemplo: el ojo humano solo puede recibir tres bandas espectrales en la señal de energía de la luz del objeto: rojo, verde y azul. Es decir, a menudo nos referimos como los tres colores primarios, pero de hecho podemos ver la combinación de estos tres colores producidos por el naranja, el púrpura, el verde lima, etc. en los colores más sutiles. Sin embargo, no podemos distinguir la diferencia entre el amarillo puro y una mezcla de rojo y verde, que también se conoce como "isocromático". Pero las imágenes hiperespectrales pueden distinguir fácilmente la diferencia.

Arriba, los dos amarillos, uno de un "color sólido" y el otro una mezcla de rojo y verde, pueden ser visualmente indistinguibles, pero debido a sus diferencias espectrales, se pueden distinguir utilizando equipos espectroscópicos. En nuestros experimentos, los datos obtenidos con un espectrómetro representan el promedio de la luz emitida por todas las moléculas que interactúan con la fuente de luz incidente en todo el rango detectado, mientras que con un dispositivo multiespectral es posible obtener información sobre las muestras en unas pocas Bandas específicas en varios puntos dentro del rango detectado. Como resultado, ninguno de estos dispositivos puede proporcionar información de muestra muy fina en una sola región.

Un resumen hiperespectral (HSI) puede analogizarse a cientos o miles de espectrómetros de un solo punto alineados de cerca y enfocándose en un área al mismo tiempo, con cada espectrómetro trabajando de forma independiente y adquiriendo información espectral sobre su propia ubicación. La salida de datos de HSI es una imagen, o transmisión de video, en la que cada píxel tiene su propio espectro, y cada espectro contiene cientos de bandas espectrales. Esta capacidad de "espectro completo" de la imagen hiperespectral permite ver las señales espectrales en cada ubicación espacial distinguible en una escena, es decir, se obtiene información más dimensional. Por lo tanto, las imágenes hiperespectrales se pueden utilizar en una variedad de aplicaciones, incluida la identificación de obras de arte, la salud de los cultivos, el mapeo de la costa, la silvicultura, la exploración mineral, la infraestructura urbana e industrial, la calidad del producto en las líneas de producción, el monitoreo ambiental y más.

Métodos de escaneo hiperespectral y resultados de imágenes

La diferencia entre hiperespectral y multiespectral

Muy a menudo, el espectro característico de reflectancia de un material puede ser muy complejo con respecto a la longitud de onda, y otras características minuciosas pueden no distinguirse utilizando métodos de imagen multiespectrales más gruesos.

Las sustancias que eran indistinguibles de las identificadas utilizando imágenes multiespectrales (izquierda) en la figura anterior se distinguieron mediante el uso de imágenes hiperespectrales (derecha). La razón de esto es que debido a que HyperSpectral tiene más bandas espectrales, las características de huellas digitales más complejas se pueden obtener con precisión con una mayor resolución espectral.

Aplicaciones típicas

Los dispositivos hiperespectrales pueden detectar pinturas o colorantes específicos en el infrarrojo que no son visibles para el ojo humano. Del mismo modo, los sistemas HSI en la banda 60 o 300 pueden proporcionar información espectral más rica sobre la reflectancia de un material que un sistema multiespectral, lo que permite una caracterización de material más precisa. La imagen a continuación muestra la imagen y la información espectral obtenida de una pieza de tejido animal fresco colocado en una cinta transportadora en un laboratorio utilizando un imágenes hiperespectrales:

Espectrogramas de diferentes regiones: (a) regiones marcadas de grasa pura, marmoleo y porciones de magro puro en muestras de tejido; (b) espectrogramas etiquetados en diferentes regiones del diagrama (a).

Además, podemos proporcionar programas de software intuitivos para el análisis de imágenes, clasificación y visualización de diferentes sustancias con características espectrales únicas. Si estos datos se obtienen del aire, en el suelo o en el laboratorio, puede ver detalles en la pantalla de su computadora que pueden no ser distinguibles a la vista.

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