请选择 进入手机版 | 继续访问电脑版

 找回密码
 注册
会员须知
会员须知
实用帮助
实用帮助
吾爱光设 首页 资讯 查看内容

光谱成像:光谱学的未来?

2020-9-26 10:38| 发布者: 安之竹| 查看: 2508| 评论: 1

摘要: 光学光谱学提供了对光与物质之间相互作用的宝贵见解,并在许多领域中得到了应用。

Pro-Lite公司的Nick Barnett讨论了光谱成像及其潜在应用

 

光学光谱学提供了对光与物质之间相互作用的宝贵见解,并在许多领域中得到了应用。 传统上,光谱仪已应用于比色皿或固定位置的小样品进行离散测量,以监控化学过程的进度。 但是,随着新的相机技术和先进的图像处理算法的出现,涌现了新的光谱成像技术,从而开辟了新的应用领域,并且在某些情况下取代了传统的单点监测光谱仪。

 

在我的研究生学习期间(几年前),我研究了皮肤、肌肉和其他组织中微血管血流量和氧合量的测量结果。这些测量从皮肤或其他组织表面的单一的离散位置进行,在这些局部点的监视变化提供了有关医学或药物干预期间血流动力学的有用信息。但是,组织灌注存在很大的异质性,因此灌注成像技术的发展使人们能够更好地了解微血管流量和氧合的分布,光谱学也是如此。我担任光谱学的技术销售和应用专家已有多年了,为各种应用找到了光谱学的解决方案。在许多情况下,单点光谱仪测量可提供很有价值的数据。但是,新的光谱成像技术正在增进我们的理解并带来新的见解。最初开发用于提供卫星和飞机光谱图像的高光谱成像仪现在也越来越多地用于医学研究、机器视觉、食品科学、材料分析以及农业和矿物学等领域。

 

遥感光谱成像

光谱学在植物科学和农业中被广泛用于植物健康的总体评估或植物病害的检测和鉴定, 许多研究人员在野外使用便携式分光光度计对当地的植物叶片进行采样。通常,具有光合作用活性的植被会吸收红光,并反射绿光和近红外光。便携式光谱仪可以测量350~2500nm的宽光谱范围,并且可以通过对各种光谱进行计算得出营养指数,这些指数可以反应植物的健康状况或叶绿素及氮含量等指标。然而,对叶片的小样本检测并不能代表整个区域的生长状况。

 

标准彩色(RGB)航空照片可以提供整个田野的图像,但是在健康的植物田地中却存在叶子变色的区域,此时基于简单RGB彩色照片的解释是非常局限的。使用安装在无人机(无人飞行器或无人驾驶飞机)上的摄像机进行的高光谱成像是一种更为强大的技术,因为它可以在图像中的每个点(像素)获取整个光谱,因此它结合了查看图像的好处和光谱学提供的丰富数据信息。虽然多光谱成像也可提供图像,但仅包含每个像素处少数光谱带​​中的数据。使用高光谱成像还是多光谱成像取决于你的任务是什么。基于营养指标的与一般植物健康有关的图像通常可以基于几个光谱带生成,因此可以通过多光谱成像解决。但是,依赖于光谱特征的细微差异的应用需要更精细地解析的高光谱数据。因此,为了识别树木种类或区分病株和健康作物之间更细微的差异,高光谱成像是更合适的技术。

 

在遥感应用中,使用光谱成像相对于单点光谱技术具有明显的优势,但是,这些技术是高度互补的。 机载摄像机提供的信息可以通过在地面上的单点测量(所谓的“地面实况”)进行有效验证。 此外,这两套数据将越来越多地与地球观测卫星所提供的高光谱图像结合使用。 这将在空间和光谱分辨率的多个级别上提供有关作物健康和环境问题的更详细的信息。

 

(与解释简单的RGB彩色照片相比,在无人机上安装高光谱相机提供了更强大的成像技术。 图片:Pro-Lite)

 

机器视觉中的光谱成像

 

     机器视觉是受益于光谱成像应用增加的另一个领域,大多数材料可以通过它们与光的相互作用(反射率,透射率或吸收率)来识别,不同的光谱特征可用于识别材料或将特定材料彼此分开。单点光谱仪的测量可能有用,但是光谱成像可以检查不同材料的空间分布。通过识别可见波长范围之外的光谱特征,光谱成像还可以超越传统RGB相机的功能。覆盖可见光和近红外波长范围的宽带光谱成像可用于区分不同的塑料,识别药品或对食品质量进行分级。基于机器学习的实时分类技术的进步也开始被用来支持甚至自动化决策,加快流程并改善质量控制。

 

    机器视觉中光谱成像的使用将取决于其带来的好处、设备成本和易于实施之间的平衡。 光谱成像硬件和软件的进步将有助于简化易用性,成本在一定程度上取决于是否需要多光谱或高光谱数据。在变量数量有限的受控环境中,多光谱成像的应用可以降低成本,但是,在需要检测材料或产品质量的细微差异的情况下可能需要使用高光谱成像。

 

医学成像中的光谱成像

 

返回到医学和外科手术中的应用,光谱成像可以在几个领域提供显著的好处。我已经提到过微血管组织氧合的成像,但它在内窥镜检查中也有应用,可用于非侵入性疾病诊断和图像引导的微创手术。

 

实时光谱成像在图像引导手术和癌症诊断中具有巨大潜力。癌组织在手术室中通常与健康组织没有区别。但是,光谱成像有可能区分健康组织和癌组织之间的光谱差异,并在外科手术过程中实时对不同组织进行分类。通过在分子和组织水平上提供彩色编码图像,这具有增强外科医生视野的潜力,这继而可以最大化地去除肿瘤而不损害相邻的正常组织。

 

那么光谱成像是未来吗?

 

    光谱成像的好处是显着且广泛的。随着硬件技术、图像分析方法和计算能力的进步,我希望光谱成像在此处提到的几个示例之外的众多应用中发挥重要作用。光谱成像检测人眼或普通RGB机器视觉相机可能遗漏的物体的能力不可低估。单点光谱分析仍然发挥着至关重要的作用,但是多光谱和高光谱成像为人们提供了一个令人振奋的一瞥,使人们对健康和幸福的未来充满信心。

5

鲜花

握手

雷人

路过

鸡蛋

刚表态过的朋友 (5 人)

发表评论

最新评论

引用 goodluckstf 2020-11-13 13:36
这篇文献的相关信息是什么?想下载这篇文献看看!多谢帮助!

查看全部评论(1)

相关分类

下级分类

联系我们|本论坛只支持PC端注册|手机版|小黑屋|吾爱光设 ( 粤ICP备15067533号 )

GMT+8, 2024-3-29 17:56 , Processed in 0.078125 second(s), 17 queries .

Powered by Discuz! X3.5

© 2001-2024 Discuz! Team.

返回顶部