Qual é a diferença entre espectral, multiespectral e hiperespectral

August 23, 2024

Espectral, multiespectral, hiperespectral, não pode dizer a diferença?

A análise espectral como um meio importante da análise da ciência natural, a tecnologia espectral é frequentemente usada para detectar a estrutura física dos objetos, composição química e outros indicadores. A espectrometria de imagem, por outro lado, combina tecnologia espectral e tecnologia de imagem, combinando a capacidade de resolução espectral e a capacidade de resolução gráfica, resultando em análise espectral facetada na dimensão espacial, que agora é conhecida como tecnologia de imagem multiespectral e tecnologia de imagem hiperespectral.

Qual é a diferença entre espectral, multiespectral e hiperespectral?

Espectro

O espectro é a luz monocromática separada por dispersão após o sistema dispersivo (como prismas, grades), através do sistema de imagem, projetado no detector para se tornar o tamanho do comprimento de onda (ou frequência) do arranjo seqüencial do padrão, que é conhecido como o espectro óptico. O espectrômetro da Ocean Optics é baseado nesse princípio de design e fabricação.

Ondas leves de acordo com diferentes comprimentos de onda, existem nomes diferentes: comprimentos de onda nos 380 e 780nm entre as ondas leves conhecidas como luz visível, mais curta que 380nm chamada luz ultravioleta; e mais de 780nm para a luz infravermelha (a luz infravermelha também é dividida no infravermelho próximo, no infravermelho médio, no infravermelho distante, etc.).

Multiespectral

A tecnologia multiespectral refere -se à aquisição simultânea de múltiplas bandas espectrais ópticas (geralmente maior ou igual a 3) e na luz visível com base na luz infravermelha e na luz ultravioleta para expandir a direção da tecnologia de detecção espectral. O método de realização comum é através de uma variedade de filtros ou divisores de feixe e uma variedade de combinações de filme fotográfico, de modo que, ao mesmo tempo, respectivamente, para receber o mesmo alvo em uma variedade de diferentes bandas espectrais estreitas de sinais de luz irradiados ou refletidos , para obter o alvo em várias bandas espectrais diferentes da foto. As fotos multiespectrais mais comuns são as tiradas por câmeras coloridas, como mostrado abaixo, que contêm informações em três faixas espectrais ópticas, vermelho (1), verde (2) e azul (3), do ponto de vista espectral. Se mais bandas forem adicionadas à câmera ou detector, como bandas (4) e (5), uma foto multiespectral com várias bandas poderá ser obtida.

A tecnologia multi-espectral combinada com o hardware de imagem permite que informações multi-espectrais sejam apresentadas em forma de imagem.

Obviamente, também é possível usar apenas o detector para obter as informações espectrais de um único ponto espacial. A Pixelteq, uma marca de óptica oceânica, com sua tecnologia exclusiva de filtragem de chips, pode realizar a aquisição de 8 canais de informações espectrais em um chip de 9*9cm, o que é especialmente adequado para aplicações com requisitos de espaço e custo extremamente altos.

HypeSptral

Hysesptral é uma tecnologia fina que pode capturar e analisar o ponto de espectro a ponto em uma área espacial, devido aos “recursos” espectrais exclusivos que podem ser detectados em diferentes locais espaciais de um único objeto e, portanto, podem detectar substâncias que não podem ser distinguidas visualmente.

Exemplo hiperespectral: as imagens consistem em bandas mais estreitas (10-20 nm). Imagens hiperespectrais podem ter centenas ou milhares de bandas. Depois que um objeto interage com a luz de uma fonte de luz e é recebido por um dispositivo de análise espectral não de imagem (por exemplo, um espectrômetro), o dispositivo pode reagir com precisão às diferenças de intensidade na distribuição do sinal de luz recebido sobre as bandas espectrais também conhecido como informações espectrais. Ao usar o equipamento hiperespectral, da perspectiva das características de imagem, você pode entender as informações espectrais de cada posição da amostra, da perspectiva das características espectrais, você pode entender a distribuição da posição do sinal em uma banda espectral específica, ou seja, O equipamento hiperespectral pode obter informações detalhadas mais ricas. Por exemplo: O olho humano pode receber apenas três bandas espectrais no sinal de energia da luz do objeto: vermelho, verde e azul. Ou seja, muitas vezes chamamos de três cores primárias, mas na verdade podemos ver a combinação dessas três cores produzidas pela laranja, roxa, verde limão e assim por diante, nas cores mais sutis. No entanto, não somos capazes de distinguir a diferença entre amarelo puro e uma mistura de vermelho e verde, que também é conhecido como "isocromático". Mas a imagem hiperespectral pode facilmente distinguir a diferença.

Acima, os dois amarelos, um de uma “cor sólida” e a outra uma mistura de vermelho e verde, podem ser visualmente indistinguíveis, mas devido às suas diferenças espectrais, elas podem ser distinguidas usando equipamentos espectroscópicos. Em nossos experimentos, os dados obtidos com um espectrômetro representam a média da luz emitida por todas as moléculas interagindo com a fonte de luz incidente em toda a faixa detectada, enquanto que com um dispositivo multiespectral é possível obter informações sobre as amostras em alguns bandas específicas em vários pontos dentro do intervalo detectado. Como resultado, nenhum desses dispositivos pode fornecer informações de amostra muito finas em uma única região.

Um imageador hiperespectral (HSI) pode ser analogado para centenas ou milhares de espectrômetros de ponto único alinhados em conjunto e focando em uma área ao mesmo tempo, com cada espectrômetro trabalhando de forma independente e adquirindo informações espectrais sobre sua própria localização. A saída de dados do HSI é uma imagem ou fluxo de vídeo, no qual cada pixel possui seu próprio espectro, e cada espectro contém centenas de bandas espectrais. Essa capacidade de “espectro total” da imagem hiperespectral permite ver os sinais espectrais em todos os locais espaciais distinguíveis em uma cena, ou seja, informações mais dimensionais são obtidas. Portanto, a imagem hiperespectral pode ser usada em uma variedade de aplicações, incluindo identificação de obras de arte, saúde das culturas, mapeamento litoral, silvicultura, exploração mineral, infraestrutura urbana e industrial, qualidade do produto nas linhas de produção, monitoramento ambiental e muito mais.

Métodos de varredura hiperespectral e resultados de imagem

A diferença entre hiperespectral e multiespectral

Muitas vezes, o espectro característico de refletância de um material pode ser muito complexo em relação ao comprimento de onda, e outros recursos minutos podem não ser distinguíveis usando métodos de imagem multiespectral mais grosseira.

Substâncias indistinguíveis daquelas identificadas usando imagens multiespectrais (esquerda) na figura acima foram distinguidas através do uso de imagens hiperespectrais (direita). A razão para isso é que, como a hiperespectral possui mais bandas espectrais, recursos de impressão digital mais complexos podem ser obtidos com precisão com maior resolução espectral.

Aplicações típicas

Os dispositivos hiperespectrais podem detectar tintas ou corantes específicos no infravermelho que não são visíveis ao olho humano. Da mesma forma, os sistemas HSI na banda 60 ou 300 podem fornecer informações espectrais mais ricas sobre a refletância de um material do que um sistema multiespectral, permitindo uma caracterização de material mais precisa. A imagem abaixo mostra a imagem e as informações espectrais obtidas de um pedaço de tecido de animal fresco colocado em uma correia transportadora em um laboratório usando um imageador hiperespectral:

Espectrogramas de diferentes regiões: (a) regiões rotuladas de gordura pura, marmoreio e porções magras puras nas amostras de tecido; (b) Espectrogramas marcados em diferentes regiões do diagrama (a).

Além disso, podemos fornecer programas de software intuitivos para análise de imagem, classificação e visualização de diferentes substâncias com características espectrais exclusivas. Se esses dados são obtidos do ar, no solo ou no laboratório, você pode ver detalhes na tela do seu computador que podem não ser distinguíveis por olho.

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