多光譜成像的案例
多光譜成像+AI系統技術是如何來監測植被的？
人們讓無人機搭載高分辨率相機、熱紅外相機、多鏡頭相機等各種傳感器系統獲取數據，從而滿足航拍、巡檢、建模等行業的需求。
無人機多光譜成像+AI系統技術是植被分布、長勢、病害、估產等監測的有效手段。為植被監測提供了新的平臺，以其機動靈活、經濟高效、受大氣等環境條件影響小和光譜、空間、輻射分辨率高等優勢，在植被精細、智能監測方面具有巨大潛力，是當前和未來農業、林業、海洋等領域植被監測技術發展的重要方向。
多光譜成像+AI系統技術植被監測案例：
1
麗水云和縣植被監測分析
2
臺州玉環植被監測分析
農林業植被監測使用的無人機種類繁多，有無人直升機、固定翼無人機、多旋翼無人機等多種機型。蜂巢航宇選用的是自主研發設計的一款高性能HC-332H油電混合六旋翼無人機，具備全自主飛行能力，可搭載多光譜相機和GPS+光照度模塊等，為植被精細化巡檢平臺。
優勢如下：
1、油電混合具有4小時超長航時、可靠性高、平臺通用、抗風等級可達六級；
2、相對無人直升機，HC-332H無人機操作簡單、體積輕巧、攜帶方便、成本低；
3、HC-332H無人機可以根據需要調節飛行速度、懸停、定點拍照、實時傳輸視頻，飛行載重量大，可同時搭載多種傳感器；
4、HC-332H無人機飛行速度可控，飛行高度可調且可以低空飛行，同時不受起飛降落場地的限制；
多光譜相機
多光譜相機
專用相機模塊：基于窄波段濾光技術，準確獲取特定波段光譜圖像信息。
展開 光譜成像技術如何重塑視覺邊界？
<p>在光譜產業專題中，我們簡單了解了光譜以及光譜成像應用的生活化場景，而深入了解光譜成像技術可以了解到它的分類方式豐富多樣，不同的分類標準下，展現出各具特色的技術類型。這些分類不僅反映了光譜成像技術的發展歷程和內在邏輯，更決定了它們在不同應用場景中的獨特優勢。</p><p><strong>一、基礎概念</strong></p><p> 要更深入地了解光譜，<strong>波長、波段、波段數與光譜分辨率</strong>是至關重要的基礎概念，它們相互關聯，共同決定了光譜數據的特性和應用價值。</p><p><strong>波長</strong>是指電磁波（如可見光、紅外線等）的振動周期長度，通常用納米（nm）為單位表示。不同物質對不同波長的光具有獨特的吸收、反射特性，這是光譜分析的基礎。波長決定了光的顏色（可見光）或類型（如紅外線、紫外線等不可見光），就像音調高低由聲波波長決定一樣。</p><p><strong>波段</strong>是人為劃分的電磁波波長范圍區間，用于分類或研究特定波長范圍的光。例如：</p><p>可見光波段：380-780nm</p><p>近紅外波段：780-1500nm</p><p><strong>波段數</strong>是指傳感器能夠同時記錄的波段數量。波段數越多，每個波段的寬度越窄，能夠區分更細微的光譜差異。</p><p><strong> 光譜分辨率</strong>指成像儀或傳感器能區分的最小波長間隔。相當于光譜儀的“視力清晰度”。例如光譜分辨率為1nm，代表設備可分辨出300nm以及301nm的光。成像的波段范圍，分得越細，波段越多，光譜分辨率越高，越高的光譜分辨率可更容易區分和識別目標性質和組成成分。
展開 SPECTRA INSIGHT 高光譜成像軟件
Spectral Insight 可以從任何成像光譜儀獲取和處理光譜數據。光譜數據可以從第三方來源導入進行分析。圖像大小/分辨率和光譜范圍/分辨率僅受分光計或文件格式的限制。Spectral Insight 使用并行處理，以視頻或旋轉的 3D 體實時顯示數以千計的光譜圖像。每個平面圖像或 3D 體被分配與波長或波長集相關聯的獨特的調色板。每個像素、區域、光譜圖像和 3D 體積都可以分析物質、光譜匹配、異常，并使用本地或第三方光譜數據庫進行搜索。
特性
· 用戶可選擇區域和分辨率的數據采集
· 可選擇的波長范圍和帶寬
· 可將數以萬計的光譜波段顯示為圖像/視頻
· 獨特的調色板紫外線，可見光和紅外波長
· 搜索本地或在線光譜數據庫進行簽名匹配
· 分析整個圖像，可選區域，或單個像素
· 顯示體積，3D 表面，2D 圖像，1D 橫截面顯示和單像素光譜數據
· 使用行業標準或其他光譜數據進行光譜標準化
· 導入第三方光譜數據
高級功能
· 與點掃描、推掃或全圖像快照光譜儀一起使用
· 用于快速物質檢測的 AI 功能
· 使用所有可用 cpu / gpu 進行并行處理
· 簡單而強大的 Ribbon 界面
· 多種文件格式(導入、導出)
· 根據需求添加新功能
· 可作為一個完整的應用程序或程序員的庫
展開 Zemax案例 | 基于自由曲面的高分辨率成像光譜儀設計
引言
成像光譜儀作為集“光譜分析”與“空間成像”于一體的先進光學設備，在環境監測、生物醫學、材料科學、空間遙感等領域具有重要應用。其通過對目標物質光譜與空間信息的聯合分析，能夠實現物質的“定性”“定量”和“定位”探測，為科學研究和實際應用提供高效、精確的信息。
傳統Czerny-Turner（C-T）型光譜儀因色散均勻、工藝成熟，長期占據主流市場，但球面反射鏡的固有缺陷使其難以校正全波段像差，性能提升受限。近日，華東師范大學精密光譜科學與技術國家重點實驗室謝微團隊[1]提出基于自由曲面反射鏡的高分辨率成像光譜儀設計方法，通過“離軸拋物面分段拼接+Zernike多項式擬合”的創新路徑，通過Zemax仿真優化，成功實現全波段全視場像差校正，其光譜分辨率達0.015nm，優于市面同類型商用產品，為高分辨率成像光譜儀的設計提供了全新思路。
子鏡的構建到曲面融合
要實現自由曲面對C-T型光譜儀的性能升級，關鍵在于構建合理的初始結構——團隊以C-T光路為基礎，通過“子鏡參數計算”與“分段拼接擬合”兩大步驟，突破了傳統自由曲面設計的計算壁壘。
1.1 C-T光路結構
C-T型光路的核心組成的為“入射狹縫-準直鏡-光柵-聚焦鏡-探測器”，如圖1所示：光線經狹縫進入系統后，由準直鏡將發散光束轉化為平行光；光柵對平行光進行光譜分光，使不同波長光線以不同角度衍射；最終，聚焦鏡將衍射光匯聚至探測器對應位置，完成光譜信息記錄。
圖1 C-T型光路結構示意圖
該團隊在保留這一經典框架的同時，針對“像差校正”這一核心痛點，提出將“準直鏡與聚焦鏡”替換為自由曲面反射鏡——其中，聚焦鏡通過“分段拼接離軸拋物面”生成，準直鏡則通過Zernike多項式直接優化，從結構源頭解決全波段像差問題。
展開 
【案例應用】 QuantumDesign中國 | 高光譜成像HSI和X-rays在食品行業的應用
為了控制食品的質量，許多企業采用了機器視覺技術，但只有少數企業使用了高光譜相機。芬蘭SPECIM高光譜相機是一種無損、無接觸的檢測技術，它將近紅外（NIR）光譜與成像相結合，為各種食品的質量控制和分級提供了新的機會。通過使用芬蘭SPECIM FX17（NIR）工業高光譜相機，機器視覺系統可以比傳統的視覺方法---RGB和X射線傳感器，揭示出更多有關食品的品質信息。
SPECIM FX17高光譜相機將成像技術與光譜技術相結合，采集目標的二維圖像及一維光譜信息，獲取高光譜分辨率的連續、窄波段的圖像數據。SPECIM FX17高光譜相機采集到的圖像的每個像素都包含900-1700nm全譜段的光譜信息。
使用光譜信息可以實現：
?? 污染物的檢測，例如：塑料、木材和骨頭等；
?? 化學和營養特性的定量，包括pH、糖、脂肪、水和鹽含量。
單靠高光譜成像并不能解決所有問題，但它可作為一項有效的補充技術應用于視覺檢測方案，尤其是對X射線（X-Rays）技術的補充。高光譜成像無法穿透樣品，而X射線可以檢測隱藏在食品內部的污染物。
展開 FRED應用：TMT MOBIE成像光譜儀的概念設計階段雜散光分析
緒論
寬視場光學光譜儀(MOBIE)是視覺受限的光學光譜儀，它是為第一代Thirty Meter
Telescope (TMT)儀器而設計的。目前MOBIE儀器處于概念設計階段。本文記錄了成像模塊配置中雜散光分析的進展。在項目的這一階段雜散光分析的目標是提供預期的雜散光背景的基線評估。為此，我們完成了四個量的雜散光計算：
? 關鍵物體的識別
? 預估雜散光背景
? 離軸抑制特性
? 鬼像的形成
分析基于一個完整的系統模型（盡管簡化過）的端到端光線追跡，包括帽型圓頂、望遠鏡光學器件、支撐結構、MOBIE儀器光學器件和外殼。
圖1.完整的TMT-MOBIE雜散光分析模型
TMT-MOBIE幾何模型
端到端系統模型如圖2所示（隱藏了圓頂壁）。MOBIE儀器的成像模塊配置如圖3所示。一對大氣色散校正（ADC）棱鏡剛好位于視場光闌孔徑的前面。視場光闌是一個彎曲的掩膜，與TMT焦面的曲率相匹配，且傳輸5.4±2.1弧分×±4.8弧分的矩形視場。視場光闌是儀器內部主要的雜散光控制機構。反射瞄準儀（MC-1）沿著視場光闌。二色分束鏡透射和反射光線到紅色和藍色鏡頭部件中。隨后折疊到折射式照相機裝置中。
圖2.圓頂內部 簡化的模型只包含可能被MOBIE儀器看到的元件
圖3.MOBIE儀器模型
表面屬性指定
反射鏡表面具有一層鋁涂層，平均反射率在90%。透鏡表面具有一個理想的抗反射涂層，在每個面上反射1%的入射通量。
展開 新型“無鏡頭”成像技術：未來智能手機有望變得更加輕薄！
例如，它可以用于食品安全，某人可以拍一張有關水果或者肉類的特定光譜照片，尋找與導致腐敗的化學或者細菌活動相關的斑點。”
研究團隊采用這項技術區分兩杯不同的蘋果汁，它們對于肉眼來說沒有什么區別，但是不同的光譜卻可以表示出它們在成分或者新鮮程度上的區別。
這項技術也可以用于刑偵學，當攝像頭調諧到可以捕捉寬頻譜時，包括近紅外線和紫外線時，也可以揭示出尋常環境下不可見的線索和證據。
這種多光譜成像技術結合了視覺技術和光譜學的優勢，只需一幅快照圖片和一個計算算法，就可以在非常高的速度下進行多項分析。
高光譜與多光譜技術：核心區別與應用選擇
important;">高光譜與多光譜各具特點，選擇時應綜合考慮具體需求、預算、技術能力與實時性要求。大面積快速監測宜用多光譜；精細識別與高精度分析則優先考慮高光譜。</p>
</div><div contenteditable="false" width="100%" class="ql-align-justify">
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展開 如何處理和優化來自 MicaSense多光譜相機的圖像質量
多光譜無人機圖像已迅速成為世界各地農業研究人員和植物育種者的寶貴工具。從這些數據豐富的圖像中，以前難以察覺的提示正在加速農藝管理和植物育種的發展。
借助MicaSense 的 RedEdge 和 Altum等多光譜傳感器，研究人員可以快速收集高分辨率的現場圖像，不僅可以捕捉可見的紅色、綠色和藍色 (RGB) 光帶，還可以捕捉有助于分析值得注意的近紅外和紅邊帶作物研究中的性狀和反應。
影響多光譜數據質量的五個因素
雖然多光譜傳感器的數據豐富的圖像提供了戲劇性的、無形的洞察力，但它們帶有復雜的提示。幾個潛在因素可以決定或破壞數據的準確性和質量。
以下是影響多光譜無人機數據質量的5個因素。了解和應對這些挑戰將確保獲得最準確的數據集來塑造您的研究分析。
1.圖像對齊
每個光帶的圖像由單獨的傳感器拍攝。這意味著它們在重疊時不能完美對齊，必須共同注冊。
每個波段的圖像由單獨的傳感器拍攝，需要在處理過程中進行共同配準才能完美對齊。
2.可變照明
照明條件可能會顯著扭曲 NDVI 等映射值，這可能會產生誤導性結論或使航班或位置之間的比較無效。對于準確性至關重要，每次飛行上傳都應包括反射率校準。
3.文件大小
多光譜傳感器在每次捕獲時生成 5 到 10 張圖像，從而生成大量數據。（一次飛行可以渲染 10-20 GB 的圖像，甚至更多。）處理如此大量的數據需要強大的計算能力和連接性，這就是為什么現場邊緣處理可能非常緩慢的原因。一旦處理完畢，共享或協作處理大型圖像文件可能會很笨拙。
4.不斷發展的傳感器技術
白熱化的無人機成像行業不斷升級技術，具有可能需要專門處理的功能。
展開 前沿進展 | 多焦點光場顯微成像技術
在過去的幾十年里，研究者們開發了多種快速、高質量的體成像方法，其中光場顯微成像技術（light-field microscopy, LFM）由于其高并行性和低光毒性受到研究者的青睞。通過在光路中加入微透鏡陣列（microlens array, MLA），LFM可以在單次拍攝中對三維空間內的高維光信息進行編碼。通過配套的反解算法，可以以高保真度還原場景的三維信息。然而，LFM的分辨率與體覆蓋率相互制約，重建三維體的分辨率隨著離焦距離的增大而快速下降，這阻礙了LFM在大范圍活體場景下的應用。為了突破這一限制，研究者們提出了一些方法，包括使用雙聚焦微透鏡陣列[1]或者采用共聚焦光場顯微系統[2]等等，但是這些方法增加了系統的復雜性。如何低成本地擴大光場成像的高分辨率范圍仍是一個充滿吸引力的課題。
論文導讀
近日，來自清華大學腦與認知科學研究院、自動化系的研究團隊提出了一種多焦點同步采集的球差輔助掃描光場成像方法(Spherical-Aberration-assisted scanning LFM, SAsLFM)。在先前提出的掃描光場技術的基礎上[3,4]，研究人員利用折射率不匹配引入球差相位調制，對不同子孔徑分量焦點的空間位置進行再分配，從而實現同步多焦點體數據采集。通過相空間分塊融合的重建算法，可以從SAsLFM采集所得的高維光場數據中抽離出不同深度的高分辨信息并進行匹配融合，以此還原大尺度高分辨的三維體信息。
展開 精準高效農業作業，植保無人機顯身手
精準病蟲害檢測：植保無人機配備的多光譜成像設備可以對農田中的作物進行高分辨率掃描，并通過專業的圖像處理軟件對病蟲害進行精確識別和分析。這種精準的病蟲害檢測方法可以幫助農民及時發現并采取相應措施，防止病蟲害對農田造成損失。
植保無人機的優勢：
1、精準農業：植保無人機可以搭載多種傳感器，實時監測植物生長情況，為農業生產提供精準的數據支持。這些數據可以幫助農民更好地了解植物的生長狀態，為農業生產提供準確的決策指導。
2、高效率：植保無人機可以在短時間內完成大面積的農藥噴灑作業，效率遠高于傳統的人工作業。這不僅可以提高農藥的利用率，還可以減少農藥對環境的污染。
3、減少污染：植保無人機采用噴霧方式進行農藥噴灑，可以減少農藥殘留，降低對環境的污染。這對于保護環境和人類健康非常重要。
4、減少人力成本：相較于傳統的人工作業，植保無人機可以節省大量的人力成本，提高農業生產效率。這可以降低農業生產成本，提高農民的收入。
千尋位置的北斗行業無人機解決方案可為農業植保在內的各種場景提供專業的產品和服務。方案基于全國統一時空基準的動態厘米級高精度定位能力，并整合飛行控制系統、RTK硬件終端、通訊模組等多項技術，為無人機廠商、系統集成商以及個人用戶提供無人機自主飛行技術能力。
此前，大疆MG-1P植保無人機就通過接入基于千尋知寸厘米級高精度定位技術的無人機自主飛行解決方案，能夠按照預先測繪生成的航線以及設置的飛行參數，實現了自主飛行，從而能控制飛行作業噴幅范圍，結合變量噴灑等技術，控制藥物、化肥的畝用量，防止重噴、漏噴，提高植保質量，也通過提升農藥、化肥使用效率，降低用量和成本。
上千尋位置官網，查看更多北斗資訊、產品、解決方案。
展開 
無人機載多光譜遙感在茶樹氮營養及品質指標檢測研究方面取得重要進展
青島農業大學園藝學院丁兆堂教授科研組在JSFA發表了題為Using UAV image data to monitor the effects of different nitrogen application rates on tea quality 的論文，此研究采用配備長光禹辰多光譜相機(MS600, Yusense, Inc.，Qingdao, China)的四旋翼無人機(MATRIX 200 V2, DJI, Inc., China)獲取多光譜圖像，利用機器學習方法對茶樹氮營養與品質指標進行了估測。
近年來，無人機遙感（UAVRS）技術以其低成本、高分辨率、實時高效、機動靈活等優點，在國內外得到廣泛應用。傳統茶樹生化參數和氮營養測定主要通過化學診斷的方式，這些方式不能快速獲取參數，并且其破壞性采樣和有損檢測在實際生產中受到了限制。
在此背景下，青島農業大學園藝學院丁兆堂教授科研組采用無人機搭載MS600多光譜相機，獲取了茶樹冠層多光譜圖像，并結合機器學習方法對茶樹氮素、茶多酚和氨基酸含量進行了估測。通過建模對比和系數驗證，結果表明，實測地面參數與模型估測結果一致性較高。
展開 基于多肽的多功能納米材料用于腫瘤成像和治療
許多科學家和研究人員在開發腫瘤診斷與治療的新型生物材料方面做出了很多努力與嘗試。多肽基于其優異的生物安全性、潛在的生物降解性和多樣化的生物功能，在生物醫學領域，特別是腫瘤的診斷與治療，具有強大的體內應用潛力，同時展現了其用于開發多功能生物醫用納米材料的優勢。根據多肽的長短以及氨基酸的排列順序，特定的多肽序列具有獨特的生物功能，可用于制備各種不同的多功能納米材料，用于臨床生物醫學研究與應用。這些基于多肽的新型生物材料同時繼承了多肽和傳統生物材料的優點，在開發并設計高效的腫瘤診斷治療策略中發揮著重要的作用。
【成果簡介】
在過去十年中，基于多肽的納米材料被認為是腫瘤成像和治療的新型生物醫學材料。多肽和多肽衍生物基于其優異的生物相容性、多樣化的生物活性、潛在的生物降解性、特定的生物識別能力和易于化學修飾的特性得到了快速的發展。近日，來自武漢大學的張先正教授（通訊作者）在Advanced Functional Materials上發表綜述，概述了迄今為止基于多肽的多功能納米材料的設計和生物醫學應用的發展，重點介紹了它們多樣化的腫瘤診斷與治療方法。
【圖文導讀】
圖1. 腫瘤組織中不同功能型多肽的作用位點示意圖
圖2. 用于腫瘤診療的不同功能型多肽分類示意圖
圖3. 腫瘤細胞靶向肽
圖4. 腫瘤微環境靶向肽
圖5.
展開 基于3D泡沫石墨烯的多功能延展性應變傳感器用于觸覺成像
柔性電子器件的高度發展使得人們對可拉伸應變傳感器的綜合性能及其多功能化提出了更高的要求.
北京科技大學齊俊杰團隊采用一種簡單、經濟的方法, 制備了一種基于橡膠、三維石墨烯泡沫和改性硅橡膠的應變傳感器. 該傳感器具有高延展性和壓力、應變傳感, 應變可視化以及焦耳加熱等多種特性.
石墨烯泡沫優異的電學性能結合改性硅橡膠理想的機械性能使傳感器具有較寬的傳感范圍(應變檢測上限為100%, 應力檢測上限為66 kPa)、較高的靈敏度(最大應變靈敏度系數為584.2, 最大應力靈敏度系數為0.183 kPa?1)和較理想的使用壽命(循環拉伸次數超過10000個周期).
圖1 3D泡沫石墨烯的多功能延展性應變傳感器
此外, 該傳感器在5 V的直流電壓下5分鐘內可加熱35°C, 并可根據溫致變色原理使器件的顏色隨應變值發生人眼可見的往復變化, 從而實現應變的可視化. 該柔性多功能應變傳感器可作為實時、高精度檢測物理刺激的電子皮膚, 熱療或保溫的穿戴式加熱器, 或可視化智能觸摸面板.
本工作近期發表于Science China Materials, 2018, doi: 10.1007/s40843-018-9348-8
展開 劍橋《ACS Energy Lett》：織構鈣鈦礦的多模微尺度成像?硅串聯太陽能電池
然而，嵌入在這種金字塔型多結結構中的鈣鈦礦材料的局部光-物質相互作用以及對器件性能的影響還沒有很好的理解。
來自劍橋大學等單位的研究人員報導了鈣鈦礦型半導體沉積在不同的C-Si織構方案的微尺度光電特性。發現了在鹵化物鈣鈦礦薄膜中，光致發光（PL）與幾何表面結構有很強的空間和光譜依賴性，這決定了潛在的晶粒間PL的變化。光致發光響應取決于紋理設計，較大的金字塔會引起山谷和金字塔的不同光致發光光譜，這種影響可以通過小金字塔來緩解。此外，當C-Si大金字塔進行二次平滑刻蝕時，會出現優化的準費米能級分裂和PL量子效率。作者的結果表明，需要對紋理進行整體優化，以最大化兩個吸收層的光進出耦合，并且最佳幾何結構和光電性能之間存在良好的平衡，這將指導未來的器件設計。相關論文以題目為“Multimodal Microscale Imaging of Textured Perovskite?Silicon Tandem Solar Cells”于ACS Energy Letters期刊上。
論文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.1c00568
下一代高性能光伏（PV）電池最有希望的候選材料是一種成熟可靠的材料（晶體硅，c-Si）與一種新的具有破壞性的材料（鹵化物鈣鈦礦）的組合，即鈣鈦礦/c-Si多結太陽能電池。最有效的單結c-Si器件由微米大小的金字塔組成，金字塔位于c-Si吸收體的后表面和前表面，通過減少反射損失和增強高折射率材料中入射光的捕獲來增強光子在c-Si吸收體中的吸收。
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