德州儀器(TI)的DLP高光譜影像解決方案

高光譜影像是一項利用不同材料或物質(zhì)對各種波長光線存在不同吸收（或發(fā)射）的原理來識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，通常會檢查一個維度中的同質(zhì)材料樣本，但會擴(kuò)展至兩個維度。這樣就可以同時分析異構(gòu)材料的整個“場景”。主體可以是小視野近景，也可以是大的遠(yuǎn)程場景。高光譜影像對于從飛行器或軌道上遙感地球，測定農(nóng)作物、森林、水路、礦藏等的特征大有幫助。

高光譜影像中所用光線可能處于人眼可見波長范圍內(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，以便可以測量成像場景中每個點的光強(qiáng)度變化（與波長相比）。測量結(jié)果形成“高光譜立方體”，其對測量場景中每個點所捕獲的光線頻譜進(jìn)行編碼。

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。色散元件通常是一個衍射光柵，可用于優(yōu)化不同光譜區(qū)（紫外線，可見光，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）聚焦的外部場景。DMD 通過每次打開一個鏡像來分析圖像，直至檢查完整個圖像。收集每個鏡像反射的光線（對應(yīng)場景中的每一個“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的光譜。CCD（或 CMOS）傳感器陣列（類似于相機(jī)中所用）檢測到分散的光線，但在這種情況下，其只是捕獲每個像素的頻譜，而不是一下子捕獲二維場景的廣譜圖像。場景中的各點和傳感器陣列中的各點之間無對應(yīng)關(guān)系。傳感器陣列中的各點對應(yīng)由衍射光柵分散的每個特定波長。

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

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

有趣的是，能以場景中每個點的光線強(qiáng)度與波長對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。通過將樣本的光譜特征與存儲的參考特征相對比，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）。可提供具有不同 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)格來確定最佳 DLP? 芯片組，如要測量的波長范圍、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量的波長范圍。有關(guān)傳感器的其他考慮事項包括所需的靈敏度、采集速度、噪聲、溫度范圍、接口要求、成本和其他因素。

系統(tǒng)控制和信號處理由嵌入式處理器（如 TI OMAP?）來實現(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。該圖旨在盡可能簡單地表達(dá)基于 DLP 的高光譜影像應(yīng)用的完整功能。為實現(xiàn)完整功能，實際產(chǎn)品將需要額外的光學(xué)組件和光學(xué)設(shè)計。

方框圖