Het potentieel van hyperspectrale beeldvorming

Hyperspectrale beeldvorming (HSI) is een passieve, niet-invasieve techniek die gereflecteerd licht detecteert. HSI combineert de hoogspectrale informatie van de camera met artificiële-intelligentiesoftware om eigenschappen in de ruimtelijke beelden te analyseren en te detecteren. Dankzij het potentieel van deze beeldvorming blijven de toepassingsmogelijkheden ervan almaar toenemen. 

Hyperspectrale beeldvorming (HSI) is een passieve, niet-invasieve technologie die oorspronkelijk door de NASA is ontwikkeld voor teledetectie, satelliet- en ruimtetoepassingen.

Mapping van mineralen met behulp van HSI in zichtbare en nabij-infrarood golflengtes 
(Bron: het Amerikaanse ministerie van Defensie - 
https://archive.defense.gov/ en USGS)

Andere toepassingen zijn milieu-analyse (methaan), forensisch onderzoek, bewaking, enz.

HSI heeft zich ook tot een betrouwbare en robuuste sensor in de recyclingindustrie ontpopt, waar het nu al meer dan tien jaar wordt ingezet. Sinds kort wordt HSI ook almaar meer in de voedsel- en landbouwsector geïntegreerd waar het, naar verwachting, de komende vijf jaar een forse groei zal kennen.

Kwaliteitscontrole van avocado en vetgehalte van vlees
(Bron: specim.fi)

Vochtverdeling in een snede brood en samenstelling van vet, suikers en vocht in snoep
(Bron: Campden Bri)

Technologie

HSI is in staat om ruimtelijke 2D-beelden gelijktijdig op meerdere golflengten vast te leggen. Met andere woorden, elke pixel van een hyperspectraal beeld bevat informatie op de spectrale banden die werden gescand.

HSI is een passieve, niet-invasieve techniek die in essentie gereflecteerd licht detecteert. Aangezien het reflectiespectrum samengesteld is uit de individuele spectra van de samenstellende materialen, varieert de reflectie van een object (of een gebied van het object) naargelang van de samenstelling. Afhankelijk van de toepassing kan het interessante spectrale bereik ultraviolet (UV), zichtbaar tot nabij-infrarood (VIS-NIR), kortegolf-infrarood (SWIR), middengolf-infrarood (MWIR) en langegolf-infrarood (LWIR) zijn.

HSI combineert de hoogspectrale informatie van de camera met artificiële-intelligentiesoftware om eigenschappen in de ruimtelijke beelden te analyseren en te detecteren.

Een verschillende HSI kan andere plantensoorten en -variaties ontcijferen.
(Bron: Chem. Soc. Rev., 2014, 43, 8200)

HSI behoort tot een familie van spectrale beeldvormingstechnieken. Waar hoogspectrale informatie niet vereist is, kan een variant, namelijk multispectrale beeldvorming (MSI), een geschikt alternatief zijn. Het grootste verschil tussen beide technieken is dat HSI een groot aantal aaneensluitende, fijnere spectrale banden heeft, terwijl MSI een beperkt aantal brede spectrale banden heeft. Om de verschillen te illustreren, nemen we het voorbeeld van de vegetatie: HSI kan de verschillen in de plantensoorten in een bepaalde vegetatiezone ontcijferen. MSI kan daarentegen verschillen tussen bladeren, hout, grond en water ontcijferen. Over het algemeen is HSI geschikt voor een eerste studie voor golflengteselectie om een MSI te ontwerpen of in toepassingen waar kleinere details noodzakelijk zijn.


Beeldvorming, Spectroscopie en beeldvormende spectroscopie
(Ref: Mehta N, Shaik S, Devireddy R, Gartia M. Single-Cell Analysis Using Hyperspectral Imaging Modalities. ASME. J Biomech Eng. 2018;140(2):020802-020802-16. doi:10.1115/1.4038638.)

Uit een snel marktonderzoek blijkt een grote verscheidenheid aan HSI-camera's. Men kan zich de volgende typische vragen stellen: Welk golflengtebereik is geschikt voor mijn toepassing? Welke cameratechnologie voldoet het best aan mijn eisen? Hoe optimaliseer ik een van de gangbare technologieën zoals line-scan, snapshot of instelbare filter voor mijn eisen op het vlak van nauwkeurigheid, snelheid en kosten? Sirris kan u ondersteunen bij een studie naar de haalbaarheid van een visietechnologie op basis van hyperspectrale beeldvorming voor uw toepassing. Vragen? Contacteer ons!

Auteur: Buvana Lefevre