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應(yīng)用(Application)
SWIR 短波紅外高光譜成像系統(tǒng)

時(shí)間:2019-01-29

作者:易科泰

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簡介:

 

SWIR 短波紅外高光譜成像系統(tǒng)

 

SWIR成像儀是Specim推出了一款全新的,、經(jīng)過重新設(shè)計(jì)和加工的具有突破性特點(diǎn)的短波紅外高光譜成像系統(tǒng),。該系統(tǒng)在SWIR范圍內(nèi)(1000 - 2500 nm)不但具有高速數(shù)據(jù)采集功能,還擁有更多的空間像素(384),,使用CameraLink連接,,可實(shí)現(xiàn)高達(dá)450fps的圖像采集速率。

為了保證室內(nèi)外不同條件下的使用,,它具有堅(jiān)固的防風(fēng)雨的IP54外殼和溫度穩(wěn)定的光學(xué)系統(tǒng),,而且具有更低的功耗,標(biāo)稱功率僅為50W,。

 

image.png

 

憑借其溫度穩(wěn)定的光學(xué)系統(tǒng),,SWIR提供了當(dāng)今最具挑戰(zhàn)性的近紅外化學(xué)成像應(yīng)用領(lǐng)域所需的穩(wěn)定性和靈敏度,并滿足實(shí)驗(yàn)室,、野外,、和工業(yè)應(yīng)用的最高要求,使其成為藥物質(zhì)量保證,、食品安全和農(nóng)業(yè)分析等應(yīng)用領(lǐng)域的得力助手,。

 

主要特點(diǎn)

  • 覆蓋1000- 2500nm短波紅外波段
  • CameraLink接口,USB/RS232控制
  • 幀頻高達(dá)450幀/秒(全畫幅)
  • 探測器: 低溫冷卻MCT檢測器
  • 超高的信噪比,,大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域推薦使用
  • 可提供SDK,,用于快速高效的應(yīng)用程序開發(fā)

 

相機(jī)規(guī)格

 

光學(xué)特性

光譜范圍

1000-2500nm

狹縫寬度

30μm(50或80μm可選)

有效狹縫長度

9.2mm

電氣特性

探測器

低溫冷卻MCT探測器

功耗

正常情況<50W

輸入電壓

寬電壓24V

機(jī)械特性

大小(長×寬×高)

傳感器

電源&控制單元

470×176×178mm

300×190×130mm

重量

14kg

約5kg

用戶調(diào)節(jié)

不支持

快門

用于暗參考圖像采集的電機(jī)械快門

環(huán)境特性

存儲(chǔ)溫度

-20…﹢50℃

附件

鏡頭,,輻射校準(zhǔn),,校準(zhǔn)白板,掃描平臺(tái)

 

附件配置:SWIR系統(tǒng)提供多種附件供用戶擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域

  • 前置物鏡:優(yōu)化900-2500nm光譜范圍的圖像和光譜數(shù)據(jù)質(zhì)量,。
  • 采集光纖:帶有采集鏡頭或SMA連接器的光纖: 不需要移動(dòng)多路復(fù)用器,,即可在一個(gè)分光計(jì)中包含4-110個(gè)輸入通道。
  • 鏡像掃描器或旋轉(zhuǎn)平臺(tái):用于掃描靜態(tài)目標(biāo)和戶外場景,,或結(jié)合X-stage sample mover用于桌面和顯微鏡應(yīng)用,。
  • LUMO軟件:支持,用于控制掃描平臺(tái),、采集數(shù)據(jù),、設(shè)置參數(shù)、影像實(shí)時(shí)可視化,。
  • 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為ENVI,、Matlab和R兼容格式數(shù)據(jù)立方,支持多款通用軟件進(jìn)一步處理分析。還可以提供SDK,,用于快速高效的應(yīng)用程序開發(fā),。

 

應(yīng)用領(lǐng)域

  • 化學(xué)及材料分揀
  • 醫(yī)藥制造
  • 資源回收
  • 礦物識(shí)別
  • 糧食和農(nóng)業(yè)
  • 水分含量分布
  • 藝術(shù)研究與歸檔

 

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檢測牛油果皮下斑點(diǎn)

 

應(yīng)用案例

(1)血液作為一種優(yōu)秀的信息載體,是診斷,、毒理學(xué)和法醫(yī)學(xué)中最常用的生物材料,。通常,分析的材料直接從靜脈以液體的形式;然而,,在某些情況下,,分析在表面產(chǎn)生的血跡會(huì)更方便。高光譜成像在血漬分析中的一個(gè)重要應(yīng)用是估算時(shí)間,,從而幫助犯罪現(xiàn)場調(diào)查人員確定案發(fā)時(shí)間,。本實(shí)驗(yàn)采用主成分分析(PCA)和最小噪聲分?jǐn)?shù)(MNF)方法。

如下圖:DBS卡上血斑:a為 1-19樣本,,b為 20-28樣本(左圖),,經(jīng)過最小噪聲分?jǐn)?shù)算法血液斑點(diǎn)樣本a(基于PC2-PC3-PC4),b:(基于PC2-PC3-PC5)(右圖),。

 

image.png

 

image.png所選血斑的光譜特征(S1,,S6、S14,、S16,、S22、S26,、S27)在SWIR范圍內(nèi)如右圖所示,,分析顯示,最大的變化發(fā)生在樣本血液表面涂敷后的第一個(gè)小時(shí),。進(jìn)一步研究20-27個(gè)樣本發(fā)生的變化,。

對(duì)樣本進(jìn)行散點(diǎn)圖分組,觀察散點(diǎn)形狀與血跡點(diǎn)空間分布的相關(guān)性(如下圖),。觀察到的變化是由于血斑逐漸干燥和血紅蛋白衍生物(主要是氧血紅蛋白和金屬血紅蛋白)含量的差異造成,。

 

 

 

image.png

 

本研究采用的方法是無損的、有效的,、快速的,。通過高光譜成像、結(jié)合PCA和MNF算法最終成功區(qū)別出在0 ~29天的血斑,,準(zhǔn)確提供了在血斑干燥過程中發(fā)生的動(dòng)態(tài)過程信息,。

 

(2)高光譜成像在中藥質(zhì)量控制中的應(yīng)用——以神經(jīng)毒性日本八角茴香為例

高光譜成像將傳統(tǒng)的光譜和成像技術(shù)結(jié)合起來,從樣本中獲取光譜和空間信息,。在食品飲料,、農(nóng)業(yè)和制藥等行業(yè),,它被成功地用作評(píng)估原材料和產(chǎn)品質(zhì)量的分析工具。與液相色譜等傳統(tǒng)分析方法相比,,SWIR高光譜成像可以在更短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行無損分析。

八角茴香(Illicium verum)是治療小兒絞痛的常用藥物,。然而,,有記錄顯示在使用后出現(xiàn)了一些危及生命的不良事件,在一些情況下是由于與有毒的八角茴香(Illicium anisatum,,日本八角茴香)的摻雜或替代所致,。顯然,迅速有效的質(zhì)量控制方法對(duì)于防止這種可怕后果的再次發(fā)生至關(guān)重要,。

 

 image.png

左圖上為日本毒八角茴香,,下為中國八角茴香,右圖為日本毒八角茴香(綠色)和中國八角茴香(藍(lán)色)樣品的平均吸收光譜曲線

 

image.png通過肉眼很難判斷真假,,而采用光譜范圍為920-2514 nm的SWIR高光譜推掃成像系統(tǒng)獲取圖像,。采用主成分分析法(PCA)對(duì)圖像進(jìn)行分析,降低數(shù)據(jù)的高維性,,去除不需要的背景,,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化。利用偏最小二乘判別法(PLS-DA)建立了4個(gè)主成分,、R2X_cum為0.84,、R2Y_cum為0.81的2個(gè)物種分類模型。隨后使用該模型作為外部數(shù)據(jù)集,,準(zhǔn)確預(yù)測了引入模型的日本毒八角茴香(98.42%)和I. 中國八角茴香(97.85%)的身份,。

結(jié)果表明,SWIR高光譜成像技術(shù)是一種客觀,、無損的質(zhì)量控制方法,,可成功地對(duì)日本毒八角茴香和中國八角茴香進(jìn)行精確鑒別。此外,,該方法還可以升級(jí)到傳送帶系統(tǒng)從而檢測大批量中國八角茴香中摻雜的日本毒八角茴香,。

 

 

 

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