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选择多光谱成像相机技术时的主要考虑因素

发布时间:2023-04-03
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选择用于多光谱成像的相机技术时的主要考虑因素。

选择用于多光谱成像相机技术时的主要考虑因素。

选择用于多光谱成像的相机技术时的主要考虑因素

①易于设置(系统集成)

使用多光谱成像比使用标准机器视觉相机要复杂得多。 为了安装和集成多光谱成像系统的不同组件,拥有良好的专业知识非常重要,这些知识不仅仅关于相机,还包括涉及光源的校准程序、被检验对象的性质,以及在处理数据和校正图像数据时出现的瓶颈。整个系统的集成可能不像高光谱系统那样复杂,但这实际上取决于用户希望使用多光谱成像系统完成什么任务。

②速度和分辨率

工业检验程序要求高吞吐量。许多多光谱系统的读出架构和结构都受到速度的限制。速度取决于波长通道的数量、使用的多光谱技术的类型和接口。光谱波段的数量越高,就越难以捕获高速应用所需的光量。空间分辨率对于多光谱成像也是一个挑战,特别是在检验微小物体时。基于快照马赛克传感器的相机使用插值来根据单个像素值估计缺失的空间信息,但这种方法在检验较小的缺陷尺寸时不是很准确。每个应用可能需要在可能的多光谱通道数量和可达到的速度和分辨率之间进行不同的权衡。

③光谱波段数

一个应用所需的光谱波段数量实际上取决于要检验的对象的性质、所需的检验精度,以及使用额外的光谱估计技术在图像处理方面可以达到的精度。在一些应用中,如红色边缘检测或NDVI分析,我们清楚地知道,从农作物中捕获所需数据时需要红色和NIR区域的哪些波段。这也适用于光谱数据为人熟知的塑料和有机材料。另一个例子是ICG吸收和荧光缓解带已知的荧光内窥镜检查。在这种情况下,可能不需要超越有限数量的波 段。然而,也有一些应用涉及到要检验的不同材料的混合,或需要多个光谱波段来准确识别特定的波段,或基于多光谱成像的光谱颜色测量应用。这类应用需要相对较多的光谱波段。

④灵活性

灵活或可扩展的多光谱系统主要适用于在同一台设备上检验不同类型材料的应用。灵活性允许用户根据应用的需求调整多光谱成像系统。这种灵活性主要取决于所需的光谱波段的数量,这确实会提高或降低成像系统的速度。某些系统的灵活性也意味着较低的稳固性,因为可能需要更换正在更改或移动的部件(例如,在滤光轮方法中,滤光轮可以很容易地进行更换,但它在系统中添加了一个移动组件,而这会影响系统的稳固性)。另一方面,有些相机在制造时具有灵活性,但制造完成后就不具有灵活性了。多传感器棱镜式相机在制造过程中具有灵活性,可以根据硬二向色涂层和基本棱镜参数来选择相机所需的光谱响应。然而,一旦棱镜式传感器组装完成后,就无法对其进行更改。基于快照马赛克传感器的相机具有相同的逻辑。多光谱滤波阵列固定在传感器上后,就不能在检验过程中更换或修改。

⑤处理多光谱数据立方体和数据流

数据立方体。虽然其复杂性远低于高光谱数据立方体(高光谱数据立方体每像素可以有数以百计的光谱),但它比处理传统的RGB相机系统要复杂得多。系统架构必须具备正确处理、过滤和解读多光谱数据的能力。光谱通道的数量越少,此过程就越简单。第二个挑战可能来自用于处理从相机到处理站的数据流的方法。在使用多流的情况下,它的优点是可以独立控制单独的数据流,而挑战则是如何在应用软件上对此进行有效管理。处理多流要求软件架构能够同时处理两个或多个流。仅为单流设计的软件需要设备发送单帧或同时全部可用的复合有效载荷。 因此,对于单帧和复合有效载荷,用户可以调用单个函数并从一个流获取图像。

⑥系统成本

在做任何决策时,成本始终是非常重要的驱动因素。 与高度专业化和体积庞大的系统相比,批量生产且方便使用的紧凑型相机成本更低。成本还受到需要执行的检验任务的影响。与研究、高科技或科学成像领域中的应用相比,终端消费者或接近终端消费者驱动的应用(如食品和农业检验)对价格更敏感。如今,高端高光谱成像系统的起价约为每部相机达到几十万人民币。对于批量生产的多光谱相机,只有其价格远低于十万人民币时,才具有真正的商业吸引力。基于多个相机的多光谱相机比其他方法(例如,多传感器棱镜式相机或基于多光谱阵列的相机)更加昂贵。同样重要的是,必须根据多光谱成像能够解决或简化现有成像问题的价值来衡量和推动成本。

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