導讀

近紅外相機可幫助人眼捕捉不同材料之間光譜特征的微小差異。友思特 Monarch 微型可調(diào)近紅外相機以其小體積、低成本、高性能，3步即可快速實現(xiàn)各種材料的分類應用。

多光譜成像

每個物品都是由不同的化學物質(zhì)組成的，這些化學物質(zhì)的反射隨光譜帶的不同而不同。這意味著用標準相機拍攝的圖像將與人眼可以看到的光譜（400-700nm）相似。然而，在農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、食品加工和生物學等科學應用中，這樣的成像效果是遠遠不夠的，因為非常不同的材料在人眼看來卻可能完全一致。

多光譜成像成為了解決這一難題的方案。這種技術從電磁頻譜中收集和處理信息，而不是為每個像素分配原色(紅、綠、藍)。照射在每個像素上的光可以被分解成許多不同的光譜帶，以便提供有關成像對象的更多信息。它用于獲取場景圖像中每個像素的光譜，以便更準確地找到物體、識別材料或檢測過程。

友思特10通道多光譜成像的數(shù)據(jù)處理示意圖

光譜成像最早是在20世紀70年代由美國宇航局噴氣推進實驗室開發(fā)的。在不久之后的20世紀80年代初，該組織開發(fā)了世界上第一臺氣溶膠成像光譜儀(AIS-1)，由此誕生了第一張光譜圖像。

如今，多光譜成像被廣泛應用。多光譜遙感被廣泛應用于生態(tài)學、廢物分類和回收、食品加工、眼睛保健和環(huán)境監(jiān)測等領域。

長期以來，多光譜成像相機一直被認為體積過大、價格高昂，在某些空間限制的應用場合或期望應用該技術的小型機構中，它們被禁止使用。從價格上來講，一臺相機的價格在幾萬美元不等，而某些專業(yè)產(chǎn)品（如熱紅外區(qū)域的多/高光譜相機）的價格則要更高，這使得標準用戶無法負擔。此外，其輔助產(chǎn)品的尺寸和成本，以及諸如快速計算機、敏感探測器和此類數(shù)據(jù)所需的大數(shù)據(jù)存儲容量、數(shù)據(jù)分析與識別能力等，這些都會被納入考量

近紅外可調(diào)諧Fabry-Perot MEMS濾波器技術

友思特提供的微型可調(diào)近紅外 Monarch 相機和ColorIR 高光譜技術濾光片，旨在消除新的大眾市場采用多光譜紅外成像的障礙。

產(chǎn)品是基于法布里·帕姆羅特證明的光譜技術，以法國物理學家查爾斯·法布里和阿爾弗雷德·帕姆羅特的名字命名，他們在1897年發(fā)明了法布里-帕姆羅特干涉儀（可變間隙干涉儀）。法布里-帕姆羅干涉儀（或稱標準龍）是由兩個平行反射面組成的光學腔，光波只有在與之共振時才能通過。

ColorIR 近紅外可調(diào)諧 FabryPerot MEMS 濾波器的解決方案是控制鏡子上的電壓，驅(qū)動解決方案像電容器一樣工作。不同的電壓被施加到過濾器的四個角落，導致上面的鏡子上下移動。反之，改變過濾器本身的中心波長，這樣可以靈活地覆蓋整個指定波長區(qū)域。

該濾光片設計用于使用標準紅外微型相機捕獲非光譜近紅外圖像。它可以應用于任何微型紅外相機（消費電子、專業(yè)、固定或移動型號），將其轉(zhuǎn)換為多光譜認證、檢測和檢查設備。它體積微小且具有成本效益，使其比傳統(tǒng)解決方案更具包容性。此外，它還能適應極端環(huán)境條件、溫度范圍、噪音、機械沖擊等。

基于濾光片制造的 Monarch II 是世界上最小的便攜式可調(diào)高光譜紅外相機。它不需要昂貴、笨重或敏感的設備和訓練有素的操作人員，其高性價比和簡單操作的特征打破了多/高光譜相機在各種應用和大眾市場平臺上廣泛采用的壁壘。友思特Monarch II 尺寸僅有 6.0 cm x 4.5 cm ，配備光譜范圍680 - 940 nm 的高速鏡頭。這款130萬像素的攝像頭幀率為60fps，并配有USB 2.0和3.0接口，用于數(shù)據(jù)傳輸和供電。

應用示例：皮革分類

供應鏈中質(zhì)量保證的重要性正在不斷提升，制造商、供應商和買家都要求檢查貨物并驗證它們是否符合所需的質(zhì)量標準。鑒別不同材料是評估產(chǎn)品質(zhì)量的關鍵步驟。當人眼或RGB相機無法完成此任務時，可以使用圖像分類技術來檢測和測量與質(zhì)量標準的任何差異。

一般來說，當使用NIR近紅外相機觀察不同材料時，可以捕捉到材料之間光譜特征的差異。例如，皮革、棉花和聚酯都有不同的光譜特征，因此在不同波長下成像時，每種材料的反應不同，即不同材料會在各個波長吸收和反射不同數(shù)量的光。通過測量這些特征，分類過程變得更加容易。

第一階段 - 數(shù)據(jù)收集

建模階段至少需要每種材料的一個立方體。強烈建議使用Spectralon，這是一種白色參考材料，用于歸一化和補償環(huán)境條件(如光、溫度和空間變量)的變化。

第一件物品：真皮

第二件物品：人造皮革

白參考

*Monarch相機方案僅提供以上成像軟件

第二階段 - 創(chuàng)建分類算法

第一階段收集的數(shù)據(jù)用于創(chuàng)建分類算法，其中每個物體都使用其材料的光譜特征進行標記。

*此部分算法相機套裝中并不提供

第三階段 - 應用模型進行分類

*此部分功能相機套裝中并不提供

更多高光譜成像應用

Monarch Pro 多光譜相機是市場上最小巧、最具成本效益的解決方案，使其成為任何需要在近紅外范圍內(nèi)分類的OEM應用的完美選擇。

因此，基于同樣操作，使用 Monarch Pro 多光譜相機可以實現(xiàn)多種樣品的識別功能：

辨別真假水果

辨別液體：可樂/酒/醋/醬油

辨別液體：水和油

辨別棉與滌綸

辨別花生、開心果與西瓜種子

了解更多？歡迎訪問官網(wǎng)，探索豐富案例：https://viewsitec.com/multispectral-nir-camera/

關注友思特機器視覺與光電公眾號、加入行業(yè)交流群或直接聯(lián)系我們，輕松收獲更多技術干貨


審核編輯 黃宇