当前沿科技捕获5D图像,新型紧凑型高光谱技术要如何被重新定位?

指点传道者    2018-12-28

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近日,德国耶拿的研究人员开发了一种紧凑的成像系统,可以高速、高精度地测量物体的形状和光反射特性。因为它可以捕获多个波长的光,加上将空间坐标作为时间的函数,因此这种5D高光谱成像系统可以应用各种领域,包括基于光学的产品分类和机场安全领域的身份识别。通过进一步小型化,成像仪可以实现基于智能手机的水果成熟度检测以及个人健康监控。        
 
更重要的是,德国弗里德里希·席勒-耶拿大学弗劳恩霍夫应用光学与精密工程研究所的研究团队负责人Stefan Heist说“因为我们的成像系统不需要与物体接触,它可用于记录具有历史价值的文物或艺术品,”他还补充道,这可用于创建详细而准确的数字档案,同时还可以研究物体的物质构成。
 
高光谱成像仪可以检测数十种到数百种颜色或波长,而不是普通相机检测到的三种颜色。传统高光谱图像的每个像素包含与二维坐标相关的特定范围内的波长相关辐射强度。 与德国伊尔默瑙工业大学的Gunther Notni研究小组合作开发的新型高光谱成像系统通过获取额外的尺寸信息来提高这种成像方法。
 
在美国光学学会期刊Optics Express中,研究人员描述了他们的新型5D高光谱成像仪获得的每个像素如何包含时间; x、y、z空间坐标;基于从电磁波谱的可见光到近红外部分的光反射率的信息。 “旨在确定物体形状及其光谱特性的最先进系统基于多个传感器,精度较低或需要较长的测量时间,”Heist说到,“相比之下,我们的方法在单个紧凑的系统中结合了出色的空间和光谱分辨率,并且极高的深度精度和高帧率。”
 
研究人员创建了一个原型系统,其尺寸仅为200mm x 425mm,大约相当于笔记本电脑的大小。它使用两个高光谱快照相机来形成3D图像并获得深度信息。通过识别两个摄像机视图中存在的对象表面上的特定点,可以创建该对象的空间中的完整数据点集。但是,只有当对象具有足够的纹理或结构才能明确识别点时,此方法才有效。
 
为了捕获光谱信息和没有高度纹理化或结构化物体的表面形状,研究人员已经将专门开发的高速投影仪整合到该系统中。使用机械投影方法,一系列非周期光图案人为地组成了目标对象表面。并允许表面3D重建。然后将由高光谱相机的不同通道获得的光谱信息映射到这些点上。
 
“我们早期开发的一种通过旋转轮投射非周期模式的系统使得可以在可能非常高的帧速率和可见光谱范围之外投射图案序列,”Heist说。 “新的高光谱快照相机也是一个重要的组成部分,因为它们允许在单个图像中捕获空间和光谱分辨的信息,而无需任何扫描。”
 
研究人员通过分析摄像机的光谱行为和整个系统的3D性能来描述他们的原型。结果表明,可以捕获可见的近红外5D图像,速度高达每秒17帧,明显快于其他同类系统。
 
为了证明样机在分析具有重要文化意义的物品时的效用,研究人员使用该系统对1885年的历史浮雕地球进行了数字化记录。他们还创建了一个人手的近红外5D模型,结果表明该系统可以用作简单的检测静脉的方法。该成像仪还可以用于农业生产,研究人员利用系统捕捉柑橘植物叶子吸收水分时反射光谱的5D变化。
 
研究人员还计划通过使用具有更高信噪比的高光谱相机或在不同光谱通道之间表现出更少的串扰来优化其原型。理想情况下,系统将根据具体应用进行定制。例如,具有高成像速率的相机可用于分析动态变化的物体属性,而使用具有高分辨率的红外波长的传感器可用于检测化学泄漏。 
 
 
 
 
原文链接:New Compact Hyperspectral System Captures 5D Images

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