高光譜成像(Hyperspectral lmaging,HSI)技術(shù)是在多光譜遙感技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái),融合了光譜分析和光學(xué)成像兩項(xiàng)傳統(tǒng)光學(xué)診斷方法，具有“圖譜合一的特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的灰度圖像、RGB圖像以及多光譜圖像相比,高光譜圖像的成像波段多,光譜分辨率高。例如RGB圖像僅擁有3個(gè)波段通道,其光譜分辨率極低,多光譜成像的光譜分辨率在入/10數(shù)量級(jí),而高光譜成像的光譜分辨率可達(dá)到入/100數(shù)量級(jí),如圖1所示為灰度圖像、RGB圖像、多光譜圖像以及高光譜圖像的差異。
鍍膜式光譜相機(jī)利用特殊的鍍膜技術(shù),無(wú)需光譜儀模塊，使得在光譜覆蓋范圍內(nèi)的數(shù)十或數(shù)百條光譜波段對(duì)目標(biāo)物體連續(xù)成像。在獲得物體空間特征成像的同時(shí),也獲得了被測(cè)物體的光譜信息。漸變薄膜式高光譜相機(jī)是將不同波段的漸變薄膜鍍制在面陣探測(cè)器上通過(guò)對(duì)目標(biāo)成像，可同時(shí)、快速獲取光譜和影像信息的無(wú)損檢測(cè)分析儀器。
不同目標(biāo)物具有不同的光譜特征,所以光譜信息可以用來(lái)識(shí)別目標(biāo)物的種類和研究它們的狀態(tài),即使肉眼看起來(lái)相似的物體,也能利用光譜信息區(qū)分開(kāi)來(lái)。將高光譜成像技術(shù)和顯微技術(shù)相結(jié)合,可將高光譜技術(shù)的檢測(cè)分析能力延伸至微觀領(lǐng)域。例如,在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域可用于癌細(xì)胞的鑒別和分析研究,在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域可用于分析細(xì)胞結(jié)構(gòu)及成分變化和病害的早期識(shí)別,在刑偵領(lǐng)域可用于判別指紋形狀特征等,在食品安全領(lǐng)域可用于食品品質(zhì)變化研究等,在工業(yè)領(lǐng)域可用于OLED顯示屏發(fā)光測(cè)試、量子點(diǎn)暗場(chǎng)檢測(cè)、納米顆粒檢測(cè)等。
AG-MicroLambda-VNS顯微高光譜成像系統(tǒng)可適配市場(chǎng)上的大部分顯微鏡。其高光譜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由面陣探測(cè)器、驅(qū)動(dòng)電源、運(yùn)動(dòng)控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊等集成于一體,無(wú)需電動(dòng)位移臺(tái),大大減小了系統(tǒng)的體積與重量,外觀簡(jiǎn)潔,與顯微鏡搭配使用,操作簡(jiǎn)單、方便。
相機(jī)功能
?可與標(biāo)準(zhǔn)C接口的成像鏡頭或顯微鏡直接集成，實(shí)現(xiàn)光譜影像(Mapping)的快速采集
?自動(dòng)曝光、自動(dòng)掃措速度匹配、自動(dòng)采集并保存數(shù)據(jù)
?內(nèi)置電池
?數(shù)據(jù)預(yù)覽及校正功能：輻射度校正、反射率校正、區(qū)域校正、鏡頭校準(zhǔn)、均勻性校準(zhǔn)
?鏡頭可更換
?數(shù)據(jù)格式兼容Envi.SpecSight等數(shù)據(jù)分析軟件
?千兆以太網(wǎng)：支持遠(yuǎn)距圖像傳輸與遙控操作
技術(shù)參數(shù)
?光譜范圍：420~1000nm
?光譜分辨率：10nm
?光譜通道數(shù)：>100
?標(biāo)配鏡頭焦距(mm)：25（其它焦距可選★1）
?標(biāo)配鏡頭工作距離(mm)：150-∞
?標(biāo)配鏡頭視場(chǎng)角：23。
?探測(cè)器：2048×2048、sCMOS
?像素?cái)?shù)（空間維★掃描維）：1600×1200（1X）；800×600（2X）
?像素尺寸：6.5×6.5μm
?數(shù)字輸出：12bit
?幀數(shù)：45fps
?曝光時(shí)間范圍：10μs-10s
?內(nèi)置電腦接口：USB3.0+HDMl/Type-C
?鏡頭接口：C-Mount
?系統(tǒng)電源：DC 16.8V
?內(nèi)置微型處理器：l7處理器、16G運(yùn)存、256GSSD
?內(nèi)置電池：65Wh
?系統(tǒng)功耗：60W
應(yīng)用案例
?生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域
作為一種診斷和評(píng)估治療的非侵入性方法，HSI在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的潛在用途。HSI具有從高光譜圖像中提取每個(gè)像素的光譜特征,同時(shí)提供不同組織成分及其空間分布信息的能力。在特定波長(zhǎng)下，不后病理狀態(tài)組織的化學(xué)組成和物理特征有著不同的吸收度和反射率,表現(xiàn)為特征光譜存在差異，通過(guò)分析這些光譜信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)組織狀態(tài)信息的定性或定量檢測(cè)，并實(shí)現(xiàn)不同組織病理狀態(tài)的可視化診斷。例如,顯微高光譜成像系統(tǒng)可用于腫瘤細(xì)胞的判別、出血性 肉的判別、肉白班的識(shí)別、淋巴細(xì)胞白血病的篩查、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核的區(qū)分、細(xì)胞數(shù)的計(jì)算等。
?農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用
l作物育種：作物細(xì)胞 / 組織級(jí)表型量化，輔助抗逆、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)育種材料篩選與表型組學(xué)研究
l植物生理：植物葉綠素、酶活性等生理指標(biāo)微區(qū)分布檢測(cè)，探究脅迫（干旱、病蟲(chóng)害）生理響應(yīng)機(jī)制
l植物病理：病原菌侵染早期微觀光譜特征識(shí)別，研究病害侵染路徑與發(fā)病機(jī)制
l農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)：農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)成分（糖分、蛋白）微區(qū)分布及品質(zhì)形成機(jī)理研究
l土壤微生態(tài)：土壤病原菌、養(yǎng)分、微塑料微觀分布檢測(cè)，探究土壤微生態(tài)與作物生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)
?暗場(chǎng)散射納米顆粒檢測(cè)
暗場(chǎng)顯微是在暗場(chǎng)照明下實(shí)現(xiàn)的一種特殊顯微方法,可以避免與被觀測(cè)物體無(wú)關(guān)的光線進(jìn)入物鏡,在暗背景中呈現(xiàn)清晰的物體輪廓。該方法的空間分辨率可比普通明場(chǎng)照明顯微法高50倍,足以觀察4~200nm的微小粒子。搭載高光譜成像系統(tǒng)的顯微鏡可通過(guò)光譜特征判別微粒種類及其空間分布。右圖是在單次氣管內(nèi)滴注低(18 pg) 和高 (162 pg) 劑量納二氧化后,對(duì)來(lái)自小鼠的肺組織進(jìn)行 VNIR 高光譜成像,以確定這些組織中的顆粒滯留位置
?晶片材料、缺陷檢測(cè)
無(wú)接觸、無(wú)損傷、快速準(zhǔn)確的微區(qū)測(cè)量技術(shù),可在室溫下操作,也可以在生產(chǎn)中進(jìn)行在線測(cè)量,可得到整個(gè)晶片的 PL Mapping,從而可得到襯底或外延層的組分配比、缺陷以及材料其他屬性的微區(qū)均勻性的重要信息基于顯微高光譜成像技術(shù)可在細(xì)微尺度上鑒別晶片的材質(zhì)以及樣品發(fā)光中心濃度的變化等。
?鈣鈦礦晶體中的應(yīng)用
隨著有機(jī)鈣缽礦太陽(yáng)能電池快速發(fā)展，過(guò)去幾年尋求靈活,廉價(jià)且易于加工的光伏材料取得了新的進(jìn)展它們具有高載流子遷移率,可見(jiàn)和可調(diào)諧帶隙的強(qiáng)吸收性使其成為生產(chǎn)低成本太陽(yáng)能電池板的理想選擇。然而,有一個(gè)缺點(diǎn):它們的穩(wěn)定性是不穩(wěn)定的,那么更好地了解光物理學(xué)和退化機(jī)制至關(guān)重要。顯微高光譜成像系統(tǒng)在檢測(cè)晶體材料的不均一性的問(wèn)題與傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù),如共聚焦顯微成像等,其有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):單次整視場(chǎng)成像;在PL成像實(shí)驗(yàn)中該系統(tǒng)的激發(fā)光源在視野中的強(qiáng)度是均勻分布的;可獲得光譜強(qiáng)度的定量值。
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