賽斯拜克中國核心技術(shù)品牌 博士專業(yè)研發(fā)團隊 18年專注高光譜
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來源：賽斯拜克 發(fā)表時間：2023-08-03 瀏覽量：516 作者：awei
本文介紹了高光譜成像儀的應(yīng)用范圍和性能評估指標(biāo)，以及在材料科學(xué)、地球科學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的具體應(yīng)用。重點解釋了光譜分辨率、信噪比、探測器注視時間和集光能力等關(guān)鍵性能指標(biāo)對高光譜成像儀成像效果的影響。
高光譜成像儀的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域，通常取決于其系統(tǒng)性能參數(shù)。高光譜成像儀的性能參數(shù)多種多樣，用于評估系統(tǒng)性能的主要包括工作光譜范圍、光譜分辨率、探測器凝視時間、信噪比和集光能力等。本文詳細(xì)介紹了高光譜成像儀的性能評估參數(shù)，對對高光譜成像儀感興趣的朋友們來說，不妨了解一下！
高光譜成像儀可以捕捉到范圍更廣、分辨率更高的光譜數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像。該儀器能夠在不同波長范圍內(nèi)進行成像和光譜分析，因此在材料科學(xué)、地球科學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。
1.工作光譜的范圍
工作光譜范圍是指光譜儀可以記錄的光譜范圍，該范圍的確定主要依賴于光學(xué)系統(tǒng)中光學(xué)元件的透過率或反射率，以及所選擇的探測器的光譜靈敏度范圍。
光譜分辨率
光譜分辨率是探測光譜輻射能量時的最小波長間隔，也即是光譜探測的能力。對于光學(xué)系統(tǒng)而言，一般定義為光譜通道的波段寬度。在工作光譜范圍內(nèi)，若分光元件所得光譜通道數(shù)量增多、波段寬度變窄，則光譜分辨率越高。對于探測器來說，光譜分辨率被嚴(yán)格定義為儀器達到光譜響應(yīng)最大值50%時的波長寬度。探測器能夠識別的波段數(shù)越多、波帶范圍越窄，可以更容易區(qū)分和識別地面物體信息，且具有更強的針對性。
信噪比
信噪比（SNR）是指成像光譜儀采集的目標(biāo)信號（Vs）與噪聲信號（VN）之間的比值。SNR的大小直接影響了目標(biāo)圖像的分類和識別等數(shù)據(jù)處理效果。光學(xué)系統(tǒng)的SNR表達式為：
表達光學(xué)系統(tǒng)信噪比的式子。
在上述式子中，δ表示探測器的像素尺寸，tin表示探測器的能量積分時間，τa表示大氣平均透過率，τb表示光學(xué)系統(tǒng)平均透過率，E表示太陽在地面的光照強度，D*表示探測器的可探測比，ρ表示地物的反射率，z表示太陽天頂角，Xt表示光譜帶寬，F(xiàn)表示光學(xué)系統(tǒng)的光圈值，Δf表示噪聲等效帶寬。從上述公式可以得知，光學(xué)系統(tǒng)的光圈值越小，系統(tǒng)透過率越高，探測器像素尺寸越大，探測效率越高，儀器的信噪比也越高。
4.重述：探測器注視時間
當(dāng)探測器注視時間測量儀器瞬間視場掃過地元目標(biāo)時，探測器所接收的光能量積分時間也隨之增加。凝視時間越長，探測器所積累的光能量越多，光譜的反應(yīng)也就越強烈，從而獲得的目標(biāo)圖像信噪比會更高。
集光本領(lǐng)
集光能力是指光譜儀收集和傳遞光能量的能力，它用于描述目標(biāo)自身輻射的光譜亮度和儀器能夠探測到的光度數(shù)值之間的關(guān)系。對于成像光譜儀來說，可以通過計算狹縫的面積和孔徑的立體角的乘積來得到集光能力。其中，狹縫的寬度會影響光譜分辨率，因此它的尺寸應(yīng)與像元的尺寸相一致。通過增大光學(xué)系統(tǒng)的孔徑立體角，可以提高集光能力。
SC250近紅外高光譜成像儀是一款全新設(shè)計制造的高光譜成像儀器，內(nèi)置推掃結(jié)構(gòu)可以快速實現(xiàn)光譜影像的連續(xù)采集，在900-1700nm波段具有較高的靈敏度和穩(wěn)定性，通過輔助相機實現(xiàn)對掃描區(qū)域的監(jiān)控，主機內(nèi)置電源模塊，可實現(xiàn)快速架設(shè)完成數(shù)據(jù)采集作業(yè)。全密封式設(shè)計可保證在實際使用中不會因為灰塵等影響光譜儀的內(nèi)部光學(xué)元件，確保儀器的長期正常使用。
SC250近紅外高光譜成像儀配置標(biāo)準(zhǔn)的信號采集軟件，可進行高光譜影像及光譜數(shù)據(jù)的采集和簡單處理，可實時獲取樣品光譜及影像信息，將掃描結(jié)果存儲為圖像、表格等各種格式，數(shù)據(jù)可以被多種第三方專業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件調(diào)用，極大的擴展了儀器的使用范圍。廣泛應(yīng)用于食品安全與質(zhì)量監(jiān)控/機器視覺、生產(chǎn)過程監(jiān)控、制藥。紙漿和紙檢測、生物量/生物燃料過程控制、遙感與分析、光伏和半導(dǎo)體生產(chǎn)、廢品回收與分選等領(lǐng)域。
1）內(nèi)置輔助相機，實現(xiàn)對掃描區(qū)域的監(jiān)控；
2）圖像分辨率高，可達320*320；
3）采用透射光柵分光方式，具有高衍射效率；
4）使用高穩(wěn)定性的InGaAs探測器，探測效率高，均勻性好，在弱光下也有極高的靈敏度；
1）光譜范圍覆蓋900-1700nm的近紅外光，波長分辨率優(yōu)于6nm；
2）光譜波段數(shù)256，可達256個光譜通道；
3）多種焦距鏡頭可選，8mm/16mm/25mm/35mm焦距鏡頭可根據(jù)用戶需求更換；
4）光譜圖像包含空間、輻射、波譜信息，具有圖譜合一的特點；
1)高靈敏相機和輔助相機配合使用，采集速度≤5s；
2）成像技術(shù)和光譜技術(shù)相結(jié)合，可以采集連續(xù)的光譜影像信息，提高了數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量和效率；
1）采集軟件實時獲取樣品光譜及影像信息，提供SDK便捷易用的二次開發(fā)支持;
2）數(shù)據(jù)接口采用GigE，可實現(xiàn)軟硬件間數(shù)據(jù)的快速傳輸；
1）可在0-40°的溫度下使用；
2）應(yīng)用范圍涉及陸地、大氣、海洋等多維空間；
3）應(yīng)用行業(yè)包括：對地遙感、科學(xué)研究、醫(yī)學(xué)診療、文物檢測、水質(zhì)檢測、工農(nóng)生產(chǎn)、食品安全、航天等；
| 高光譜成像儀 | ||||
| 型號 | SC200 | SC220 | SC230 | SC250 |
| 參數(shù) | 可見光高光譜成像儀 | 可見近紅外高光譜成像儀 | 可見近紅外高光譜成像儀 | 近紅外高光譜成像儀 |
| 分光方式 | 透射光柵 | 透射光柵 | 透射光柵 | 透射光柵 |
| 光譜范圍 | 400-700nm | 400-1000nm | 400-1000nm | 900-1700nm |
| 光譜波段數(shù) | 600(1x),300(2x),150(4x) | 1200(1x),600(2x),300(4x) | 1100(1x),550(2x),275(4x) | 256 |
| 光譜分辨率 | 優(yōu)于2.5nm | 優(yōu)于2.5nm | 優(yōu)于2.5nm | 優(yōu)于6nm |
| 狹縫寬度 | 25μm | 25μm | 20μm | 30μm |
| 透射效率 | >60% | >60% | >60% | >60% |
| F數(shù) | F/2.6 | F/2.6 | F/2.6 | F/2.0 |
| 探測器 | CMOS | CMOS | CMOS | InGaAs |
| 空間像素數(shù) | 1920(1x),960(2x),480(4x) | 1920(1x),960(2x),480(4x) | 1600(1x),800(2x),400(4x) | 320 |
| 像素尺寸 | 5.86 μm | 5.86 μm | 9 μm | 30 μm |
| 有效像素位深 | 12bits | 12bits | 12bits | 14 bits |
| 標(biāo)配鏡頭焦距 | 25mm | 25mm | 25mm | 25mm |
| 工作距離 | 200mm-∞ | 200mm-∞ | 200mm-∞ | 200mm-∞ |
| 縱向視場角（FOV） | ＞25° | ＞25° | ＞25° | ＞21° |
| 圖像分辨率 | 1920*1920 | 1920*1920 | 1600*1600 | 320*320 |
| 采集速度 | ≤15s | ≤15s | ≤10s | ≤5s |
| 雜散光 | ＜0.5% | ＜0.5% | ＜0.5% | ＜0.5% |
| 數(shù)據(jù)接口 | USB 3.0 | USB 3.0 | USB 3.0 | GigE |
| 鏡頭接口 | C-Mount | C-Mount | C-Mount | C-Mount |
| 可選焦距 | 8mm/16mm/25mm/35mm | 8mm/16mm/25mm/35mm | 8mm/16mm/25mm/35mm | 8mm/16mm/25mm/35mm |
| 供電方式 | 內(nèi)置電池，外接電源 | 內(nèi)置電池，外接電源 | 內(nèi)置電池，外接電源 | 內(nèi)置電池，外接電源 |
| 輔助成像 | 內(nèi)置輔助相機，實現(xiàn)對掃描區(qū)域的監(jiān)控 | 內(nèi)置輔助相機，實現(xiàn)對掃描區(qū)域的監(jiān)控 | 內(nèi)置輔助相機，實現(xiàn)對掃描區(qū)域的監(jiān)控 | 內(nèi)置輔助相機，實現(xiàn)對掃描區(qū)域的監(jiān)控 |
| 重量 | 小于4kg | 小于4kg | 小于4kg | 小于7kg |
| 尺寸 | 長（不含鏡頭）*寬*高（不含腳墊） 297*156*126mm | 長（不含鏡頭）*寬*高（不含腳墊） 297*156*126mm | 長（不含鏡頭）*寬*高（不含腳墊） 297*156*126mm | 長（不含鏡頭）*寬*高（不含腳墊） 297*156*126mm |
| 工作溫度 | ‘0-40℃ | ‘0-40℃ | ‘0-40℃ | ‘0-40℃ |
| 存儲溫度 | ‘0-50℃ | ‘0-50℃ | ‘0-50℃ | ‘0-50℃ |
| 軟件 | 采集軟件+SDK | 采集軟件+SDK | 采集軟件+SDK | 采集軟件+SDK |
| 包裝 | 定制包裝箱 | 定制包裝箱 | 定制包裝箱 | 定制包裝箱 |
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