【技術(shù)文章】高光譜照明光源
發(fā)布時間：2024-07-22
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高光譜相機測量物體發(fā)射、透射或反射的光。在反射和透射的情況下，入射光對結(jié)果的相關(guān)性起著重要作用。由于高光譜相機測量連續(xù)光譜，因此光源也具有連續(xù)光譜是至關(guān)重要的。有幾種光源適合并具有這種特性。
1
鹵素
鹵素?zé)艨赡苁歉吖庾V成像中最常見且最便宜的光源。通常，鹵素?zé)舻妮椛湓?3000 至 4500 K 之間遵循黑體的普朗克曲線（見圖 1）。
圖 1：鹵素?zé)襞莸牡湫桶l(fā)射曲線。
請注意，暖色鹵素?zé)舯壤渖u素?zé)舭嗨{色信號，但另一方面，紅外線較少。此外，暖色鹵素?zé)舻钠胶庑圆蝗缋渖u素?zé)?。您可以使用光譜平坦化濾光片來平衡這一點。
優(yōu)點：
· 便宜
· 400 – 2500 nm 范圍內(nèi)的連續(xù)光譜
· 良好的紅外發(fā)射
缺點：
· 壽命短
· 產(chǎn)生熱量
· 需要光學(xué)來聚焦（如橢圓反射鏡）
· 藍光發(fā)射較差，且在約 1000 nm 處強度較高，這對于顏色測量來說不是最佳的。
由于許多應(yīng)用都需要進行顏色測量，因此一些鹵素?zé)粢咽褂脼V光片進行了改進。這些鹵素?zé)暨€配有反射器，不會將紅外輻射反射到前方，而是讓其向后通過，從而減少了表面的紅外熱負荷。這些燈不能用于NIR 或 SWIR 測量。
2
基于冷鹵素?zé)舻木€光源
為了從鹵素光源獲得準直線光，也可以使用帶有圓柱透鏡的光導(dǎo)（光纖）。
優(yōu)點：
· 平行線光
· 無熱量
· 400 – 800 nm 的連續(xù)光譜
缺點：
· 無紅外信號
· 壽命短
· 藍光發(fā)射較差
3
LED
自 2010 年代中期以來，LED 發(fā)展迅速，目前已有多種 LED 可用于高光譜成像。然而，并非所有 LED 都適用，只有所謂的白色 LED 才適用。有多家制造商推出了此類 LED。
優(yōu)點：
· 可以調(diào)整
· 無熱量
· 使用壽命長
· 平行線光
缺點：
· 比鹵素?zé)舾F
· 不太亮
· 信號不均勻，突然下降
· 900 nm 以上波長可用性較差
對于顏色測量來說，這些相當好，因為藍端的信號很好。
4
超連續(xù)激光器
這是一項相對較新的高光譜照明技術(shù)。有多種不同光譜范圍的選項可供選擇。
優(yōu)點：
· 可調(diào)
· 明亮的平行線
· 連續(xù)光譜
缺點：
· 昂貴的
· 1064 nm 處有峰值
· 線中間的頻譜與邊緣不同
· 2350 nm 后信號明顯下降
· 4 類激光器，需要集成和使用的安全說明。
5
熱光源
這些通常用于熱成像。它們像鹵素?zé)襞菀粯邮前l(fā)射器，但在較低溫度下，它們的發(fā)射峰值在 3 到 12 微米之間。Specim 生產(chǎn)的溫度為 900K 的燈泡。
圖 2：Specim 熱照明和相關(guān)的黑體發(fā)射曲線。
Specim MWIR 和 LWIR 相機的光譜范圍為 2.7 – 5.3 和 8 – 12 微米。這些范圍位于熱光源發(fā)射最大值之后，可以使得在相應(yīng)的相機波長上盡可能平坦。越熱的熱光源在熱光譜范圍內(nèi)的斜率會更陡，而較冷的熱光源強度會太低。
優(yōu)點：
· 熱光譜范圍內(nèi)的連續(xù)光譜
· 使用壽命長
· 覆蓋整個 MWIR – LWIR 光譜范圍
缺點：
· 需要準直反射器（如 SPECIM 一樣）
· 需要小心處理（熱元件）
· 熱
6
陽光
太陽照明用于許多應(yīng)用：精準農(nóng)業(yè)、環(huán)境評估、采礦業(yè)以及所有與遙感應(yīng)用相關(guān)的應(yīng)用。太陽本身提供連續(xù)光譜照明，黑體在約 5800 K 時會發(fā)出這種照明。然而，地球周圍的大氣層含有具有吸收特征，塑造了到達地球表面的照明。
圖 3：太陽發(fā)射和大氣吸收。
如圖 3 所示，400 到 1000 nm 之間的太陽照度非常相關(guān)，但在此之上，大氣模型需要在可能的情況下參與校正光譜。
優(yōu)點：
· 同質(zhì)
· 400 – 1000 nm 范圍內(nèi)相對連續(xù)的光譜
· 便宜的
缺點：
· 僅限白天
· 云層影響紅外線發(fā)射
· 大氣吸收峰
7
熒光
與其他照明源不同，對于熒光測量，需要光來觸發(fā)樣品的特定類型的發(fā)射。這不用于反射或透射。因此，不需要整個光譜范圍內(nèi)的連續(xù)光譜。用于熒光的典型光源覆蓋相對較窄的紫外線光譜范圍或基于激光。
來源：Specim 高光譜成像
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