TI基于DLP的高光譜影像解決方案

高光譜影像中所用光線可能處于人眼可見(jiàn)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，也可能處于電磁波譜的紅外線或紫外線區(qū)。高光譜影像要求將光線擴(kuò)散為彩虹波長(zhǎng)，以便可以測(cè)量成像場(chǎng)景中每個(gè)點(diǎn)的光強(qiáng)度變化(與波長(zhǎng)相比)。測(cè)量結(jié)果形成“高光譜立方體”，其對(duì)測(cè)量場(chǎng)景中每個(gè)點(diǎn)所捕獲的光線頻譜進(jìn)行編碼。

高光譜影像是一項(xiàng)利用不同材料或物質(zhì)對(duì)各種波長(zhǎng)光線存在不同吸收(或發(fā)射)的原理來(lái)識(shí)別和定義物理材料特性的強(qiáng)大技術(shù)。高光譜影像利用光譜分析，通常會(huì)檢查一個(gè)維度中的同質(zhì)材料樣本，但會(huì)擴(kuò)展至兩個(gè)維度。這樣就可以同時(shí)分析異構(gòu)材料的整個(gè)“場(chǎng)景”。主體可以是小視野近景，也可以是大的遠(yuǎn)程場(chǎng)景。高光譜影像對(duì)于從飛行器或軌道上遙感地球，測(cè)定農(nóng)作物、森林、水路、礦藏等的特征大有幫助。

高光譜影像利用色散光學(xué)元件，在空間上將光譜擴(kuò)散為分離波長(zhǎng)。色散元件通常是一個(gè)衍射光柵，可用于優(yōu)化不同光譜區(qū)(紫外線，可見(jiàn)光，近紅外光等)。

圖示的高光譜應(yīng)用展示了 DLP 數(shù)字微鏡器件 (DMD) 上成像鏡頭(如普通相機(jī)中所用)聚焦的外部場(chǎng)景。DMD 通過(guò)每次打開(kāi)一個(gè)鏡像來(lái)分析圖像，直至檢查完整個(gè)圖像。收集每個(gè)鏡像反射的光線(對(duì)應(yīng)場(chǎng)景中的每一個(gè)“像素”)并照射在衍射光柵上，其可將光線擴(kuò)散為精確分散的不同波長(zhǎng)的光譜。CCD(或 CMOS)傳感器陣列(類似于相機(jī)中所用)檢測(cè)到分散的光線，但在這種情況下，其只是捕獲每個(gè)像素的頻譜，而不是一下子捕獲二維場(chǎng)景的廣譜圖像。場(chǎng)景中的各點(diǎn)和傳感器陣列中的各點(diǎn)之間無(wú)對(duì)應(yīng)關(guān)系。傳感器陣列中的各點(diǎn)對(duì)應(yīng)由衍射光柵分散的每個(gè)特定波長(zhǎng)。

嵌入式處理器具有兩種功能。第一個(gè)功能是將命令發(fā)送至 DMD 控制器以在每個(gè)掃描(或分解)圖像瞬間開(kāi)啟唯一精確鏡片，然后將圖像的每個(gè)像素發(fā)送至衍射光柵。嵌入式處理器的第二個(gè)功能是收集傳感器數(shù)據(jù)并在掃描完整個(gè)場(chǎng)景時(shí)將數(shù)據(jù)匯編入高光譜立方體。

嵌入式處理器還可對(duì)高光譜立方體做進(jìn)一步的處理，以各種視圖和分片進(jìn)行顯示，或者將場(chǎng)景的光譜特征與存儲(chǔ)的特征進(jìn)行對(duì)比以進(jìn)一步減少數(shù)據(jù)量–例如，確定場(chǎng)景所揭示的材料或環(huán)境。

有趣的是，能以場(chǎng)景中每個(gè)點(diǎn)的光線強(qiáng)度與波長(zhǎng)對(duì)比圖的形式 查看高光譜立方體中的數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)光譜分析一樣，此曲線的獨(dú)特形狀構(gòu)成了被檢查材料的光譜特征。通過(guò)將樣本的光譜特征與存儲(chǔ)的參考特征相對(duì)比，有可能查明樣本的物理和化學(xué)成份。

圖示為 DLP 芯片組，其中包括 DMD、DMD 控制器芯片以及 DMD 模擬控制芯片(取決于具體的 DLP 芯片組)?？商峁┚哂胁煌?DMD 尺寸、分辨率和其他規(guī)格的各種 DLP芯片組。根據(jù)高光譜影像系統(tǒng)的規(guī)格來(lái)確定最佳 DLP 芯片組，如要測(cè)量的波長(zhǎng)范圍、所需的圖像分辨率、高光譜立方體的采集速度等。

傳感器陣列的選擇同樣取決于要測(cè)量的波長(zhǎng)范圍。有關(guān)傳感器的其他考慮事項(xiàng)包括所需的靈敏度、采集速度、噪聲、溫度范圍、接口要求、成本和其他因素。

系統(tǒng)控制和信號(hào)處理由嵌入式處理器(如 TI OMAP)來(lái)實(shí)現(xiàn)。由 TI 電源設(shè)備供電。圖中未顯示光學(xué)布局和組件的詳情。該圖旨在盡可能簡(jiǎn)單地表達(dá)基于 DLP 的高光譜影像應(yīng)用的完整功能。為實(shí)現(xiàn)完整功能，實(shí)際產(chǎn)品將需要額外的光學(xué)組件和光學(xué)設(shè)計(jì)。