【技術(shù)文章】高光譜照明光源
發(fā)布時(shí)間：2024-07-22
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高光譜相機(jī)測(cè)量物體發(fā)射、透射或反射的光。在反射和透射的情況下，入射光對(duì)結(jié)果的相關(guān)性起著重要作用。由于高光譜相機(jī)測(cè)量連續(xù)光譜，因此光源也具有連續(xù)光譜是至關(guān)重要的。有幾種光源適合并具有這種特性。
1
鹵素
鹵素?zé)艨赡苁歉吖庾V成像中最常見(jiàn)且最便宜的光源。通常，鹵素?zé)舻妮椛湓?3000 至 4500 K 之間遵循黑體的普朗克曲線（見(jiàn)圖 1）。
圖 1：鹵素?zé)襞莸牡湫桶l(fā)射曲線。
請(qǐng)注意，暖色鹵素?zé)舯壤渖u素?zé)舭嗨{(lán)色信號(hào)，但另一方面，紅外線較少。此外，暖色鹵素?zé)舻钠胶庑圆蝗缋渖u素?zé)?。您可以使用光譜平坦化濾光片來(lái)平衡這一點(diǎn)。
優(yōu)點(diǎn)：
· 便宜
· 400 – 2500 nm 范圍內(nèi)的連續(xù)光譜
· 良好的紅外發(fā)射
缺點(diǎn)：
· 壽命短
· 產(chǎn)生熱量
· 需要光學(xué)來(lái)聚焦（如橢圓反射鏡）
· 藍(lán)光發(fā)射較差，且在約 1000 nm 處強(qiáng)度較高，這對(duì)于顏色測(cè)量來(lái)說(shuō)不是最佳的。
由于許多應(yīng)用都需要進(jìn)行顏色測(cè)量，因此一些鹵素?zé)粢咽褂脼V光片進(jìn)行了改進(jìn)。這些鹵素?zé)暨€配有反射器，不會(huì)將紅外輻射反射到前方，而是讓其向后通過(guò)，從而減少了表面的紅外熱負(fù)荷。這些燈不能用于NIR 或 SWIR 測(cè)量。
2
基于冷鹵素?zé)舻木€光源
為了從鹵素光源獲得準(zhǔn)直線光，也可以使用帶有圓柱透鏡的光導(dǎo)（光纖）。
優(yōu)點(diǎn)：
· 平行線光
· 無(wú)熱量
· 400 – 800 nm 的連續(xù)光譜
缺點(diǎn)：
· 無(wú)紅外信號(hào)
· 壽命短
· 藍(lán)光發(fā)射較差
3
LED
自 2010 年代中期以來(lái)，LED 發(fā)展迅速，目前已有多種 LED 可用于高光譜成像。然而，并非所有 LED 都適用，只有所謂的白色 LED 才適用。有多家制造商推出了此類(lèi) LED。
優(yōu)點(diǎn)：
· 可以調(diào)整
· 無(wú)熱量
· 使用壽命長(zhǎng)
· 平行線光
缺點(diǎn)：
· 比鹵素?zé)舾F
· 不太亮
· 信號(hào)不均勻，突然下降
· 900 nm 以上波長(zhǎng)可用性較差
對(duì)于顏色測(cè)量來(lái)說(shuō)，這些相當(dāng)好，因?yàn)樗{(lán)端的信號(hào)很好。
4
超連續(xù)激光器
這是一項(xiàng)相對(duì)較新的高光譜照明技術(shù)。有多種不同光譜范圍的選項(xiàng)可供選擇。
優(yōu)點(diǎn)：
· 可調(diào)
· 明亮的平行線
· 連續(xù)光譜
缺點(diǎn)：
· 昂貴的
· 1064 nm 處有峰值
· 線中間的頻譜與邊緣不同
· 2350 nm 后信號(hào)明顯下降
· 4 類(lèi)激光器，需要集成和使用的安全說(shuō)明。
5
熱光源
這些通常用于熱成像。它們像鹵素?zé)襞菀粯邮前l(fā)射器，但在較低溫度下，它們的發(fā)射峰值在 3 到 12 微米之間。Specim 生產(chǎn)的溫度為 900K 的燈泡。
圖 2：Specim 熱照明和相關(guān)的黑體發(fā)射曲線。
Specim MWIR 和 LWIR 相機(jī)的光譜范圍為 2.7 – 5.3 和 8 – 12 微米。這些范圍位于熱光源發(fā)射最大值之后，可以使得在相應(yīng)的相機(jī)波長(zhǎng)上盡可能平坦。越熱的熱光源在熱光譜范圍內(nèi)的斜率會(huì)更陡，而較冷的熱光源強(qiáng)度會(huì)太低。
優(yōu)點(diǎn)：
· 熱光譜范圍內(nèi)的連續(xù)光譜
· 使用壽命長(zhǎng)
· 覆蓋整個(gè) MWIR – LWIR 光譜范圍
缺點(diǎn)：
· 需要準(zhǔn)直反射器（如 SPECIM 一樣）
· 需要小心處理（熱元件）
· 熱
6
陽(yáng)光
太陽(yáng)照明用于許多應(yīng)用：精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、環(huán)境評(píng)估、采礦業(yè)以及所有與遙感應(yīng)用相關(guān)的應(yīng)用。太陽(yáng)本身提供連續(xù)光譜照明，黑體在約 5800 K 時(shí)會(huì)發(fā)出這種照明。然而，地球周?chē)拇髿鈱雍芯哂形仗卣?，塑造了到達(dá)地球表面的照明。
圖 3：太陽(yáng)發(fā)射和大氣吸收。
如圖 3 所示，400 到 1000 nm 之間的太陽(yáng)照度非常相關(guān)，但在此之上，大氣模型需要在可能的情況下參與校正光譜。
優(yōu)點(diǎn)：
· 同質(zhì)
· 400 – 1000 nm 范圍內(nèi)相對(duì)連續(xù)的光譜
· 便宜的
缺點(diǎn)：
· 僅限白天
· 云層影響紅外線發(fā)射
· 大氣吸收峰
7
熒光
與其他照明源不同，對(duì)于熒光測(cè)量，需要光來(lái)觸發(fā)樣品的特定類(lèi)型的發(fā)射。這不用于反射或透射。因此，不需要整個(gè)光譜范圍內(nèi)的連續(xù)光譜。用于熒光的典型光源覆蓋相對(duì)較窄的紫外線光譜范圍或基于激光。
來(lái)源：Specim 高光譜成像
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