ما هي تقنية التصوير متعددة الأطياف
مقدمة.
التصوير متعدد الأطياف هو وسيلة للحصول على الصور وتحليلها من البيانات من نطاقات طيفية مختلفة. يمكن أن تلتقط الصور الملونة والصور المتعددة الأطياف المعلومات عبر طيف واسع ، بما في ذلك النطاقات المرئية التي تتوافق هذه النطاقات المختلفة مع نطاقات وطول الموجة المختلفة. المواد تعكس أو تمتص أو نقل الضوء بطرق مختلفة.
تستخدم الكاميرات المتعددة الأطياف أجهزة استشعار أو مرشحات متعددة لفصل الضوء والتقاط الضوء من أطوال موجية مختلفة. في وقت واحد التقاط صور لكل نطاق طول موجة ، مما يجعله جهاز كاميرا يلتقط المعلومات الطيفية في نطاق مختلف الأطوال الموجية. هذا يختلف عن كاميرات RGB العادية ، والتي لا يمكنها التقاط الصور إلا في نطاق الضوء المرئي ، في حين أن الكاميرات متعددة الأطياف يمكن للكاميرا أن تلتقط طيفًا واسعًا ، يشمل عادةً الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية. توفر الكاميرات المتعددة الأطياف معلومات أكثر ثراءً من كاميرات RGB العادية ، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص للعديد من التطبيقات ، بما في ذلك تصنيف المنتجات الزراعية ، وفحص المزرعة ، وسلامة الأغذية ، والمراقبة البيئية ، إلخ.
تطوير الكاميرات متعددة الأطياف
في الستينيات من القرن الماضي ، ظهرت تقنية جديدة للكشف ، وهي تقنية التصوير المتعددة الأطياف. في وقت واحد توفير معلومات عن الأهداف في فرق طيفية مختلفة ، وجمع تقنية التصوير والتكنولوجيا الطيفية. من خلال تصميم النظام البصري.
لا يمكن أن تتخيل سوى كاميرات الأفلام الجوية العادية التي يمكن استخدامها قريبًا ، ولكن لا يمكن حملها. المعلومات المستهدفة. يمكن للكاميرا متعددة الأطياف المطورة إجراء تصوير متعدد الأطياف وملعب. تعتمد هذه الطريقة بشكل أساسي على تأثير تصفية مرشح الحزام. من خلال الجمع بين المرشحات ، يمكن ترشيح المعلومات بواسطة نفس الأهداف في نطاقات تردد مختلفة في نفس الوقت ، مما يحقق الصور على نطاق طيفي واسع. يمكن تقسيم الكاميرات متعددة الأطياف إلى بنية فصل المنشور ، وهيكل عجلات المرشح ، وهيكل فصل عجلة المرشح طرق التقسيم.
تصنيف الكاميرات متعددة الأطياف
طيف المنشور
تتضمن الكاميرات المتعددة الأطياف الطيفية عادة نظامًا بصريًا مدخلات يرشد مصابيح الحوادث التي قد تتضمن عدسات أو مكونات بصرية أخرى لتركيز الضوء على المنشور. إن الخبراء شعاع المنشور هو المكون الأساسي. يتم استخدام الكاميرا لتفريق ضوء الحوادث إلى أطياف ذات أطوال موجية مختلفة. عادةً ما تستخدم الكاميرا واحدة أو أكثر من المنشورات ، كل منها تقابل نطاق الطول الموجي. يمكن توصيل المنشورات المتعددة في سلسلة لتفريق نطاقات الطول الموجي المتعددة. عن طريق فصل ضوء الأطوال الموجية المختلفة من خلال المنشور ، يدخل الضوء المنفصل إلى مناطق مختلفة. يمكن استخدام صور طيفية متعددة لأخذ العينات.
التصوير متعدد الأطياف هو وسيلة للحصول على الصور وتحليلها من البيانات من نطاقات طيفية مختلفة. يمكن أن تلتقط الصور الملونة والصور المتعددة الأطياف المعلومات عبر طيف واسع ، بما في ذلك النطاقات المرئية التي تتوافق هذه النطاقات المختلفة مع نطاقات وطول الموجة المختلفة. المواد تعكس أو تمتص أو نقل الضوء بطرق مختلفة.
تستخدم الكاميرات المتعددة الأطياف أجهزة استشعار أو مرشحات متعددة لفصل الضوء والتقاط الضوء من أطوال موجية مختلفة. في وقت واحد التقاط صور لكل نطاق طول موجة ، مما يجعله جهاز كاميرا يلتقط المعلومات الطيفية في نطاق مختلف الأطوال الموجية. هذا يختلف عن كاميرات RGB العادية ، والتي لا يمكنها التقاط الصور إلا في نطاق الضوء المرئي ، في حين أن الكاميرات متعددة الأطياف يمكن للكاميرا أن تلتقط طيفًا واسعًا ، يشمل عادةً الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية. توفر الكاميرات المتعددة الأطياف معلومات أكثر ثراءً من كاميرات RGB العادية ، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص للعديد من التطبيقات ، بما في ذلك تصنيف المنتجات الزراعية ، وفحص المزرعة ، وسلامة الأغذية ، والمراقبة البيئية ، إلخ.
تطوير الكاميرات متعددة الأطياف
في الستينيات من القرن الماضي ، ظهرت تقنية جديدة للكشف ، وهي تقنية التصوير المتعددة الأطياف. في وقت واحد توفير معلومات عن الأهداف في فرق طيفية مختلفة ، وجمع تقنية التصوير والتكنولوجيا الطيفية. من خلال تصميم النظام البصري.
لا يمكن أن تتخيل سوى كاميرات الأفلام الجوية العادية التي يمكن استخدامها قريبًا ، ولكن لا يمكن حملها. المعلومات المستهدفة. يمكن للكاميرا متعددة الأطياف المطورة إجراء تصوير متعدد الأطياف وملعب. تعتمد هذه الطريقة بشكل أساسي على تأثير تصفية مرشح الحزام. من خلال الجمع بين المرشحات ، يمكن ترشيح المعلومات بواسطة نفس الأهداف في نطاقات تردد مختلفة في نفس الوقت ، مما يحقق الصور على نطاق طيفي واسع. يمكن تقسيم الكاميرات متعددة الأطياف إلى بنية فصل المنشور ، وهيكل عجلات المرشح ، وهيكل فصل عجلة المرشح طرق التقسيم.
تصنيف الكاميرات متعددة الأطياف
طيف المنشور
تتضمن الكاميرات المتعددة الأطياف الطيفية عادة نظامًا بصريًا مدخلات يرشد مصابيح الحوادث التي قد تتضمن عدسات أو مكونات بصرية أخرى لتركيز الضوء على المنشور. إن الخبراء شعاع المنشور هو المكون الأساسي. يتم استخدام الكاميرا لتفريق ضوء الحوادث إلى أطياف ذات أطوال موجية مختلفة. عادةً ما تستخدم الكاميرا واحدة أو أكثر من المنشورات ، كل منها تقابل نطاق الطول الموجي. يمكن توصيل المنشورات المتعددة في سلسلة لتفريق نطاقات الطول الموجي المتعددة. عن طريق فصل ضوء الأطوال الموجية المختلفة من خلال المنشور ، يدخل الضوء المنفصل إلى مناطق مختلفة. يمكن استخدام صور طيفية متعددة لأخذ العينات.
المزايا:
معدل إطار مرتفع: مهم جدًا للتطبيقات ذات الدقة العالية في درجة الحرارة ، مثل مراقبة العمليات الديناميكية
دقة كاملة: قادرة على التقاط جميع الفرق ضمن نطاق الطول الموجي المستمر
لا خسارة: العمل بناءً على مبادئ الانعكاس والتشتت ، دون تقليل شدة الضوء
عيوب:
التكلفة العالية: تكلفة ضبط المكونات البصرية والمسارات البصرية مرتفعة للغاية.
الحجم الكبير: تتطلب الكاميرات متعددة الأطياف المستندة إلى المنشور من المنشورات والمكونات البصرية كبيرة الحجم لتصنيع الكاميرا كبيرة جدًا
تصفية تقنية عجلة
استخدم دوران المرشح للحصول على صور طيفية متعددة القنوات. عادةً ما توجد هذه المرشحات في عجلة المرشح هذه تدعم عادة 8-12 نطاقات تردد ، كل منها يتوافق مع نطاق طيفي مختلف. تتمثل إحدى المزايا في أن الانعكاس الطيفي لكل بكسل يمكن تحديده من خلال معالجة الصور متعددة الأطياف ، كل نطاق تردد لديه دقة مكانية كاملة ، مع السماح بمرشحات مخصصة واستبدالها وفقًا لمتطلبات التطبيق المحددة. ومع ذلك ، تحتاج الكاميرا إلى التبديل بشكل مستمر بين نطاقات تردد مختلفة ، وسرعة الصورة بطيئة للغاية. لذلك ، فهي مناسبة فقط لإطلاق أهداف ثابتة.
معدل إطار مرتفع: مهم جدًا للتطبيقات ذات الدقة العالية في درجة الحرارة ، مثل مراقبة العمليات الديناميكية
دقة كاملة: قادرة على التقاط جميع الفرق ضمن نطاق الطول الموجي المستمر
لا خسارة: العمل بناءً على مبادئ الانعكاس والتشتت ، دون تقليل شدة الضوء
عيوب:
التكلفة العالية: تكلفة ضبط المكونات البصرية والمسارات البصرية مرتفعة للغاية.
الحجم الكبير: تتطلب الكاميرات متعددة الأطياف المستندة إلى المنشور من المنشورات والمكونات البصرية كبيرة الحجم لتصنيع الكاميرا كبيرة جدًا
تصفية تقنية عجلة
استخدم دوران المرشح للحصول على صور طيفية متعددة القنوات. عادةً ما توجد هذه المرشحات في عجلة المرشح هذه تدعم عادة 8-12 نطاقات تردد ، كل منها يتوافق مع نطاق طيفي مختلف. تتمثل إحدى المزايا في أن الانعكاس الطيفي لكل بكسل يمكن تحديده من خلال معالجة الصور متعددة الأطياف ، كل نطاق تردد لديه دقة مكانية كاملة ، مع السماح بمرشحات مخصصة واستبدالها وفقًا لمتطلبات التطبيق المحددة. ومع ذلك ، تحتاج الكاميرا إلى التبديل بشكل مستمر بين نطاقات تردد مختلفة ، وسرعة الصورة بطيئة للغاية. لذلك ، فهي مناسبة فقط لإطلاق أهداف ثابتة.
تصفية صفيف
يمكن للكاميرا متعددة الأطياف استنادًا إلى صفيف التصفية الحصول على صور متعددة الأطياف في لقطة واحدة دون زيادة حجم أو تكلفة. يمكنهم عادة دعم قنوات الضوء المرئية المتعددة ، بالقرب من الأشعة تحت الحمراء ، وأشعة تحت الحمراء القصيرة. تنطبق على الزراعة والمراقبة البيئية والاستشعار عن بعد وصور الأقمار الصناعية. عدد المرشحات على صفيف المرشح محدود.
تقنية الكاميرا متعددة الأطياف
الرؤية البشرية هي ثلاثي الألوان ، مما يعني أن كل لون هو نتاج للإشارات التي تم إنشاؤها بواسطة ثلاثة أنواع من مستقبلات الضوء. توجد الخلايا على شبكية العين ، وهي وظيفة تحد من مجال نظرتنا إلى مساحة لون ثلاثية الأبعاد. مثل الهاتف المحمول ، فإنه يتيح لك توسيع مجال العرض الخاص بك إلى مساحة ألوان عالية الأبعاد والتفكير في جميع المساحات المخفية. طريقة واحدة لتحقيق ذلك هي استخدام الصور متعددة الأطياف. يحتوي هذا المكعب على الكثير من المعلومات. السؤال حول التحليل الطيفي لكل كائن هو ، كيف نحصل على صورة النطاق الضيقة هذه؟
عندما يمر الضوء عبر أسطح متعددة ذات طلاءات مضادة للعكس ، فإنه سيعكس ويتدخل في الفجوات المنفصلة. هذه الأسطح تؤدي إلى أطياف نقل النطاق الضيقة للهيكل. في هذا المرشح ، سوف يتحول طيف الإرسال. ستتحول ذروة الإرسال إلى نطاق الأشعة تحت الحمراء.
يمكن للكاميرا متعددة الأطياف استنادًا إلى صفيف التصفية الحصول على صور متعددة الأطياف في لقطة واحدة دون زيادة حجم أو تكلفة. يمكنهم عادة دعم قنوات الضوء المرئية المتعددة ، بالقرب من الأشعة تحت الحمراء ، وأشعة تحت الحمراء القصيرة. تنطبق على الزراعة والمراقبة البيئية والاستشعار عن بعد وصور الأقمار الصناعية. عدد المرشحات على صفيف المرشح محدود.
تقنية الكاميرا متعددة الأطياف
الرؤية البشرية هي ثلاثي الألوان ، مما يعني أن كل لون هو نتاج للإشارات التي تم إنشاؤها بواسطة ثلاثة أنواع من مستقبلات الضوء. توجد الخلايا على شبكية العين ، وهي وظيفة تحد من مجال نظرتنا إلى مساحة لون ثلاثية الأبعاد. مثل الهاتف المحمول ، فإنه يتيح لك توسيع مجال العرض الخاص بك إلى مساحة ألوان عالية الأبعاد والتفكير في جميع المساحات المخفية. طريقة واحدة لتحقيق ذلك هي استخدام الصور متعددة الأطياف. يحتوي هذا المكعب على الكثير من المعلومات. السؤال حول التحليل الطيفي لكل كائن هو ، كيف نحصل على صورة النطاق الضيقة هذه؟
عندما يمر الضوء عبر أسطح متعددة ذات طلاءات مضادة للعكس ، فإنه سيعكس ويتدخل في الفجوات المنفصلة. هذه الأسطح تؤدي إلى أطياف نقل النطاق الضيقة للهيكل. في هذا المرشح ، سوف يتحول طيف الإرسال. ستتحول ذروة الإرسال إلى نطاق الأشعة تحت الحمراء.
في وقت مبكر من عام 1987 ، نفذ ميلونسون هذا المبدأ باستخدام أجهزة MEMS. ومع ذلك ، فإن مرشحات Fabry Perot الحالية التي تعتمد على MEMS هي نطاقها القابل للضبط محدود للغاية ، ويمكنها فقط تقليل الفجوات الأولى والثالثة. ثالثًا ، سيتم احتلال ظاهرة السحب. تتطلب الصور المتعددة الأطياف مرشحات واسعة جدًا يمكنها ضبط النطاق والسحب. يمكن تجنب هذه الظاهرة عن طريق فك شفرة الأجهزة البصرية و MEMS.
في هذا التصميم ، لدينا مرآة متحركة مع مجموعة من الأقطاب الخارجية. الصورة أدناه هي صورة مادية للمرشح القابل للضبط. يبلغ سمكه 1.05 ملم فقط ويتكون من ثلاثة رقائق. في هذا المفهوم ، عندما نطبق جهد القيادة ، لم تعد الفجوة البصرية تنخفض ولكنها تزداد ، ويمكن لهذا التصميم تحقيق توسيع الفجوة البالغ 6 مرات.
تم استخدام هذه الكاميرا متعددة الأطياف متوافقة مع القاع للهواتف المحمولة على نطاق واسع في الفحص الزراعي ، والقيادة ذاتية الحكم ، والأتمتة الصناعية ، والتعرف على الوجه ، والطب ، وما إلى ذلك من خلال الاختبار ، يمكن أن تعمل بشكل طبيعي في مجموعة واسعة من درجة الحرارة والضغط ، وتجاوز بكثير معايير التسامح من الهواتف المحمولة.
