【技術(shù)文章】自動(dòng)圖像增強(qiáng)和統(tǒng)一光譜校準(zhǔn)
發(fā)布時(shí)間：2024-04-02
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使用高光譜相機(jī)進(jìn)行測量時(shí)，準(zhǔn)確的光譜校準(zhǔn)至關(guān)重要。光譜特征的位置需要盡可能精確。必須在光譜采樣中準(zhǔn)確估計(jì)峰值的中心位置。然而，正如此處介紹的，即使相機(jī)之間的采樣相同，但設(shè)備之間采樣帶的位置可能不同。為了簡化設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換和模型的可轉(zhuǎn)移性，同一類型相機(jī)之間的統(tǒng)一光譜校準(zhǔn)（即光譜帶的位置，以納米為單位）是最重要的指標(biāo)。此功能是 Specim FX 相機(jī)的特色。
VNIR = 可見近紅外 (400 – 1000 nm)
AIE = 自動(dòng)圖像增強(qiáng)
通常，每個(gè)以推掃方式工作的光譜相機(jī)都有不同的光譜校準(zhǔn)。這是由于這些設(shè)備的組裝方式造成的。光譜儀將穿過入口狹縫的光分散到 2D 探測器上（參見下圖 1）。探測器有兩個(gè)軸：空間軸（水平）和光譜軸（垂直）。該二維矩陣將來自分光鏡的模擬信號數(shù)字化。
圖 1：以推掃式方式工作的高光譜相機(jī)原理示意圖。
光譜校準(zhǔn)為每個(gè)檢測器行分配一個(gè)波長（以 nm 為單位）。兩行中心之間的光譜距離對應(yīng)于光譜采樣。當(dāng)生產(chǎn)此類相機(jī)時(shí)，由于制造機(jī)械公差，分光鏡相對于探測器芯片位置的機(jī)械位置在設(shè)備之間有所不同。因此，同一類型的每臺(tái)相機(jī)具有不同的光譜校準(zhǔn)。此外，感興趣的第一行的編號（如果使用 VNIR 攝譜儀，則該第一行對應(yīng)于約 400 nm）在設(shè)備之間可能具有不同的位置。我們在這里談?wù)摴庾V偏移，它是光譜校準(zhǔn)的一個(gè)重要參數(shù)。
每臺(tái) FX 相機(jī)均配有兩個(gè)光譜校準(zhǔn)包：
– 一個(gè)包含相機(jī)特定的光譜校準(zhǔn)
– 一個(gè)包含統(tǒng)一光譜校準(zhǔn)（命名中帶有 FX）
這使用戶可以自由選擇使用哪個(gè)校準(zhǔn)包。對于特定于相機(jī)的設(shè)備，每個(gè)設(shè)備都會(huì)有不同的校準(zhǔn)，如上所述。然而，統(tǒng)一光譜校準(zhǔn)包括運(yùn)行Specim開發(fā)的AIE算法的相關(guān)參數(shù)，校正例如Smile和Keystone失真，并統(tǒng)一光譜校準(zhǔn)。這意味著一旦啟用 AIE，從所有 FX10、FX17 和 FX50 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)將具有相同的光譜校準(zhǔn)。對于 GX17，與 SpecimONE 一起使用時(shí)可以使用類似的功能。
圖 2 說明了這種統(tǒng)一校準(zhǔn)的好處。 HgAr 光譜燈在 546.07 nm、750.39 nm 和 912.30 nm 處產(chǎn)生峰值。這些峰值是在啟用和不啟用統(tǒng)一光譜校準(zhǔn)的情況下使用 100臺(tái) FX10 在 FOV 中心測量的。看來，通過統(tǒng)一光譜校準(zhǔn)，可以在 546.24 nm（波段 114）、750.24 nm 和 751.61 nm 之間（波段 265 和 266）以及 911.92 nm（波段 382）的相同位置（即波段）精確測量峰值。 ）。
如果沒有統(tǒng)一校準(zhǔn)，峰值的中心位置會(huì)在相機(jī)的采樣精度范圍內(nèi)變化（對于沒有binning的 FX10，約為 1.34 nm），并且可能存在 +-1 波段的差異。請注意，此處考慮了校準(zhǔn)的光譜偏移。
圖 2. 在啟用和未啟用統(tǒng)一光譜校準(zhǔn)的情況下，由 100 個(gè)單獨(dú)的 FX10 設(shè)備測得的三個(gè)光譜峰值。
當(dāng)比較使用不同相機(jī)獲取的數(shù)據(jù)時(shí)，這種統(tǒng)一的光譜校準(zhǔn)是有很大幫助的。此外，由于設(shè)備之間的光譜特征相似，因此基于 FX 相機(jī)收集的數(shù)據(jù)的分類模型很容易轉(zhuǎn)移。它不僅在構(gòu)建 OEM 機(jī)器時(shí)具有成本效益，而且還通過減少 HSI 相機(jī)之間的歷史變異性來促進(jìn)協(xié)作研究。這種可變性的減少增強(qiáng)了 FX 相機(jī)之間的可轉(zhuǎn)移性。
(來源:Specim高光譜成像)
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