スペクトル、マルチスペクトル、ハイパースペクトルの違いは何ですか

August 23, 2024

スペクトル、マルチスペクトル、ハイパースペクトル、違いがわからない？

スペクトル分析自然科学分析の重要な手段として、スペクトル技術はしばしば、オブジェクト、化学組成、その他の指標の物理的構造を検出するために使用されます。一方、画像分光法は、スペクトルテクノロジーとイメージングテクノロジーを組み合わせて、スペクトル解像度の能力とグラフィック解像度の能力を組み合わせて、現在、マルチスペクトルイメージングとハイパースペクトルイメージングテクノロジーとして知られている空間ディメンションでファセットスペクトル分析をもたらします。

スペクトル、マルチスペクトル、ハイパースペクトルの違いは何ですか？

スペクトラム

スペクトルは、分散システム（プリズム、格子など）の後の分散によって分離された単色光であり、イメージングシステムを介して、検出器に投影され、パターンの連続的な配置の波長（または周波数）サイズになるように投影されます。光学スペクトル。海洋光学分光計は、設計と製造のこの原則に基づいています。

異なる波長に応じて光波は異なる名前があります。目に見える光と呼ばれる光波の間の380と780nmの波長、紫外線と呼ばれる380nmより短い。赤外線の場合は780nmを超えています（赤外線は、近赤外、中infrared、遠fraredなどに分割されます）。

マルチスペクトル

マルチスペクトルテクノロジーとは、複数の光スペクトルバンドの同時獲得（通常は3以上）、およびスペクトル検出技術の方向を拡張するための赤外線光と紫外線に基づいて可視光で指します。一般的な実現方法は、さまざまなフィルターまたはビームスプリッター、および写真フィルムのさまざまな組み合わせを介したものであるため、それぞれ同時に、放射または反射される光信号の異なる狭いスペクトルバンドの範囲で同じターゲットを受け取ることができます。、写真のいくつかの異なるスペクトルバンドでターゲットを取得します。最も一般的なマルチスペクトル写真は、以下に示すように、カラーカメラで撮影された写真です。これには、スペクトルの観点から、レッド（1）、緑（2）、青（3）の3つの光スペクトルバンドの情報が含まれています。バンド（4）や（5）などのカメラや検出器にさらにバンドが追加されると、複数のバンドを備えたマルチスペクトル写真を取得できます。

イメージングハードウェアと組み合わせたマルチスペクトルテクノロジーにより、マルチスペクトル情報を画像形式で表示できます。

もちろん、検出器のみを使用して、単一の空間点のスペクトル情報を取得することもできます。独自のチップフィルタリングテクノロジーを備えた海洋光学系のブランドであるPixelteqは、9*9cmチップの8チャネルのスペクトル情報の取得を実現できます。これは、非常に高いスペースとコスト要件を備えたアプリケーションに特に適しています。

催眠術

Hypespectralは、単一のオブジェクトの異なる空間位置で検出され、したがって区別できない物質を検出できるユニークなスペクトル「特徴」のために、空間領域のポイントごとにスペクトルポイントをキャプチャおよび分析できる素晴らしいテクノロジーです。視覚的に。

Hyperspectralの例：画像は、より狭いバンド（10〜20 nm）で構成されています。ハイパースペクトル画像には、数百または数千のバンドがある場合があります。オブジェクトが光源から光と相互作用し、非イメージングスペクトル分析デバイス（分光計など）によって受信された後、デバイスはスペクトルバンド上の受信光信号の分布の強度の違いに正確に反応することができます。スペクトル情報として知られています。イメージング特性の観点からハイパースペクトル機器を使用する場合、スペクトル特性の観点から、サンプルの各位置のスペクトル情報を理解できます。特定のスペクトルバンドでの信号位置の分布、つまり、つまり、ハイパースペクトル機器は、より豊富な詳細情報を取得できます。たとえば、人間の目は、オブジェクトの光エネルギー信号に3つのスペクトルバンドのみを受け取ることができます：赤、緑、青。つまり、私たちはしばしば3つの主要な色と呼ばれますが、実際、オレンジ、紫、ライムグリーンなどが生成するこれらの3つの色の組み合わせを見ることができます。ただし、純粋な黄色と赤と緑の混合物の違いを区別することはできません。これは「イソクロマティック」とも呼ばれます。しかし、ハイパースペクトルイメージングは違いを簡単に区別できます。

上記では、2つの黄色、1つは「固体色」、もう1つは赤と緑の混合物であり、視覚的に区別できない場合がありますが、スペクトルの違いにより、分光装置を使用して区別できます。私たちの実験では、分光計で得られたデータは、検出された範囲全体で入射光源と相互作用するすべての分子によって放出される光の平均を表しますが、マルチスペクトルデバイスでは、いくつかのサンプルに関する情報を取得することができます。検出された範囲内のさまざまなポイントの特定のバンド。その結果、これらのデバイスのいずれも、単一の領域で非常に細かいサンプル情報を提供することはできません。

Hyperspectral Imager（HSI）は、数百または数千の単一点分光計と同時に領域に焦点を合わせ、各分光計が独立して動作し、独自の場所に関するスペクトル情報を取得することができます。 HSIからのデータ出力は画像またはビデオストリームであり、各ピクセルには独自のスペクトルがあり、各スペクトルには数百のスペクトルバンドが含まれています。ハイパースペクトルイメージングのこの「フルスペクトル」機能により、シーン内のすべての識別可能な空間位置でスペクトル信号を見ることができます。つまり、より寸法情報が得られます。したがって、ハイパースペクトルイメージングは、アートワークの識別、作物の健康、海岸線マッピング、林業、鉱物探査、都市および産業インフラストラクチャ、生産ラインの製品品質、環境監視などなど、さまざまな用途で使用できます。

ハイパースペクトルスキャン方法とイメージングの結果

ハイパースペクトルとマルチスペクトルの違い

多くの場合、材料の反射率特性スペクトルは波長に関して非常に複雑になる可能性があり、他の微小な特徴は、より粗いマルチスペクトルイメージング法を使用して区別できない場合があります。

上記の図のマルチスペクトルイメージング（左）を使用して特定された物質と区別できない物質は、ハイパースペクトルイメージング（右）を使用して区別されました。この理由は、Hyperspectralがより多くのスペクトルバンドを持っているため、より複雑な指紋機能をより高いスペクトル分解能で正確に取得できるためです。

典型的なアプリケーション

ハイパースペクトルデバイスは、人間の目には見えない赤外線の特定の塗料または染料を検出できます。同様に、60または300バンドのHSIシステムは、マルチスペクトルシステムよりも材料の反射率に関するより豊富なスペクトル情報を提供し、より正確な材料の特性評価を可能にします。下の画像は、ハイパースペクトルイメージャーを使用して実験室のコンベアベルトに配置された新鮮な動物組織から得られた画像とスペクトル情報を示しています。

異なる領域のスペクトログラム：（a）組織サンプル上の純粋な脂肪、霜降り、純粋な無駄のない部分の領域とラベル付けされた領域。（b）（a）図の異なる領域でラベル付けされたスペクトログラム。

さらに、ユニークなスペクトル特性を備えたさまざまな物質の画像分析、分類、視覚化のための直感的なソフトウェアプログラムを提供できます。このデータが空中、地上、またはラボで得られるかどうかにかかわらず、目で区別できない可能性のあるコンピューター画面の詳細を確認できます。

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