高光譜相機(jī)檢測手機(jī)背板顏色均勻性的可行性驗證

1.什么是高光譜？

成像光譜技術(shù)由分光計發(fā)展而來，它是一項新技術(shù)，又名高光譜成像技術(shù)，傳統(tǒng)的光譜分析技術(shù)只能做局部平均光譜分析，而高光譜能夠做到整幅圖的各個點光譜分析。成像光譜有凝視成像型、推帚型、擺掃型。它能夠在生成一副圖像的同時獲取這副圖像每個像素點的光譜信息，實現(xiàn)“圖譜合一”。高光譜獲取的光譜信息能夠包括圖像中任何一個像素點的光譜，而普通的地物光譜儀只能獲取測試地物的平均光譜，所以高光譜獲取的數(shù)據(jù)能夠跟準(zhǔn)確、精細(xì)地去分析被測地物。它的出現(xiàn)標(biāo)志著光學(xué)遙感進(jìn)入了高光譜遙感階段，利用從高光譜數(shù)據(jù)反演的地物反射光譜特征，能研究地球表面物體的分類、物質(zhì)的成分、含量、存在狀態(tài)、空間分布及動態(tài)變化。

1.1高光譜相機(jī)的應(yīng)用？

高光譜相機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。在環(huán)境監(jiān)測中，它能夠用于植被健康檢測、水質(zhì)監(jiān)測和大氣成分分析等；在農(nóng)業(yè)中，它可以實現(xiàn)作物分類、病蟲害檢測和土壤肥力評估；在工業(yè)檢測中，高光譜相機(jī)可用于材料分類和產(chǎn)品質(zhì)量控制；在醫(yī)療健康領(lǐng)域，它在皮膚病診斷和組織分析方面展現(xiàn)了巨大的潛力；在國防和安全領(lǐng)域，它則能夠進(jìn)行目標(biāo)識別和偽裝檢測。這些應(yīng)用展現(xiàn)了高光譜相機(jī)在各個領(lǐng)域的廣泛價值。

與傳統(tǒng)成像設(shè)備相比，高光譜相機(jī)具有顯著的優(yōu)勢。普通彩色相機(jī)只能捕捉紅、綠、藍(lán)三種顏色的信息，而高光譜相機(jī)則能夠捕捉數(shù)百甚至上千種光譜信息，從而實現(xiàn)更高的光譜分辨率和更精確的物質(zhì)識別能力。相比于光譜儀，高光譜相機(jī)不僅能夠進(jìn)行光譜分析，還能同時實現(xiàn)空間成像，具備獨特的優(yōu)勢。

高光譜相機(jī)的市場前景廣闊。隨著技術(shù)的發(fā)展，便攜式高光譜相機(jī)和小型化趨勢正逐漸興起，同時數(shù)據(jù)處理技術(shù)的進(jìn)步也在不斷推動高光譜成像技術(shù)的發(fā)展。

2.實驗背景

2.1應(yīng)用背景

由于手機(jī)背板顏色的均勻性影響著產(chǎn)品本身的品質(zhì)，而傳統(tǒng)的人工檢測方式雖然能識別大部分的異色產(chǎn)品，但是基于主觀的測試條件會讓產(chǎn)品的判斷標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一且工作量龐大，因此希望能通過高光譜相機(jī)檢測出手機(jī)背板的異色區(qū)域和正常區(qū)域。

2.2實驗?zāi)康?/strong>

對使用高光譜相機(jī)的方式來區(qū)別出手機(jī)背板的異色區(qū)域和正常區(qū)域的可行性進(jìn)行驗證。

便攜式高光譜成像系統(tǒng)實驗內(nèi)容

3.實驗內(nèi)容

3.1實驗儀器列表

3.2實驗內(nèi)容

圖 4  原理示意圖

將樣品放置在均勻光源下，通過光譜相機(jī)可以獲取來自樣品反射光的光譜數(shù)據(jù)，光譜數(shù)據(jù)可以用于驗證異色區(qū)域和正常區(qū)域的差異，前后一共進(jìn)行兩次測量實驗。

測量手機(jī)背板樣品共計 38 片 ，報告內(nèi)容以 1-6 號數(shù)據(jù)展示。

圖 1  樣品圖片

圖 2  測試環(huán)境

圖 3  測試環(huán)境

• 第一次實驗

• 1號樣品

• 2號樣品

• 3 號樣品

• 4 號樣品

• 5 號樣品

• 6 號樣品

通過相機(jī)拍攝的圖片和樣品本身的圖片對比可以發(fā)現(xiàn)直接通過觀察圖像是很難去識別一些 異色不明顯的樣品的。在光譜對比上，在標(biāo)簽附近區(qū)域選擇多個位置的光譜對比，發(fā)現(xiàn)除了 強(qiáng)度上有變化其余在光譜趨勢上幾乎一致。

• 第二次實驗

• 1號樣品

• 2 號樣品

• 3 號樣品

• 4 號樣品

• 5 號樣品

• 6 號樣品

第二次實驗換了光源和相機(jī)， 整體的效果跟第一次實驗一樣 6 個樣品的異色區(qū)域跟正常區(qū)域差異不明顯。在光譜上，異色區(qū)域和正常區(qū)域的光譜在 400-1000nm 同樣沒有太大區(qū)別，光譜的趨勢是 一致的只有光譜強(qiáng)度上的小差異，但是光譜強(qiáng)度上的差異很大程度上是受光源的均勻性和穩(wěn)定性影響。

4.實驗結(jié)果

1 、 兩次實驗的測試效果不太好， 無論是通過直接對比圖像還是對比光譜數(shù)據(jù)， 異色區(qū)域和 正常區(qū)域都相差不大。

2 、異色屬于同材料的工藝上的處理瑕疵， 同種材料由于工藝上的異色問題可能對光譜的影 響較小，從而在光譜上無法分辨出異色區(qū)域和正常區(qū)域；對于光譜相機(jī)，它更適合不同材料 之間的判斷。

3 、在檢測異色的問題上 ，光源的選擇可能更加重要 ，特定波長的光源可能會使樣品的異色 區(qū)域能直觀的被人眼或相機(jī)識別到。