SWIR短波紅外高光譜成像系統(tǒng)
SWIR成像儀是Specim推出了一款全新的、經(jīng)過重新設(shè)計(jì)和加工的具有突破性特點(diǎn)的短波紅外高光譜成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)在SWIR范圍內(nèi)(1000-2500nm)不但具有高速數(shù)據(jù)采集功能，還擁有更多的空間像素(384)，使用CameraLink連接，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)450fps的圖像采集速率。
為了保證室內(nèi)外不同條件下的使用，它具有堅(jiān)固的防風(fēng)雨的IP54外殼和溫度穩(wěn)定的光學(xué)系統(tǒng)，而且具有更低的功耗，標(biāo)稱功率僅為50W。
憑借其溫度穩(wěn)定的光學(xué)系統(tǒng)，SWIR提供了當(dāng)今挑戰(zhàn)性的近紅外化學(xué)成像應(yīng)用領(lǐng)域所需的穩(wěn)定性和靈敏度，并滿足實(shí)驗(yàn)室、野外、和工業(yè)應(yīng)用的要求，使其成為藥物質(zhì)量保證、食品安全和農(nóng)業(yè)分析等應(yīng)用領(lǐng)域的得力助手。
主要特點(diǎn)
覆蓋1000-2500nm短波紅外波段
CameraLink接口，USB/RS232控制
幀頻高達(dá)450幀/秒(全畫幅)
探測器:低溫冷卻MCT檢測器
超高的信噪比，大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域推薦使用
可提供SDK，用于快速的應(yīng)用程序開發(fā)
相機(jī)規(guī)格
光學(xué)特性 | ||
光譜范圍 | 1000-2500nm | |
光譜分辨率FWHM | 10nm（30μm狹縫） | |
光譜采樣 | 5.6nm | |
空間分辨率 | RMS光斑大?。?5μm | |
F值 | F/2.0 | |
狹縫寬度 | 30μm（50或80μm可選） | |
有效狹縫長度 | 9.2mm | |
電氣特性 | ||
探測器 | 低溫冷卻MCT檢測器 | |
空間像素 | 384 | |
光譜波段數(shù) | 288 | |
像素大小 | 24×24μm | |
探測器冷卻模式 | Stirling,25000hMTTF | |
光溫穩(wěn)定功能 | 支持 | |
相機(jī)輸出 | 16bitCL | |
信噪比 | 1050:1（電平信號） | |
數(shù)據(jù)線纜 | 長度5米 | |
抓幀器 | NI1427 | |
相機(jī)控制 | USB/RS232 | |
幀頻 | 450fps（全畫幅） | |
曝光時(shí)間范圍 | 0.1-20ms | |
功耗 | 正常情況＜50W | |
輸入電壓 | 寬電壓24V | |
機(jī)械特性 | ||
大?。ㄩL×寬×高） | 傳感器 | 電源&控制單元 |
470×176×178mm | 300×190×130mm | |
重量 | 14kg | 約5kg |
機(jī)身 | 帶安裝螺孔的陽極氧化鋁材質(zhì) | |
鏡頭支座 | 標(biāo)準(zhǔn)C-mount | |
用戶調(diào)節(jié) | 不支持 | |
快門 | 用于暗參考圖像采集的電機(jī)械快門 | |
環(huán)境特性 | ||
存儲溫度 | -20…﹢50℃ | |
操作溫度 | ﹢5…﹢40℃，無凝水 | |
光譜DAQ支持 | 支持 | |
SDK支持 | 支持 | |
安裝方式 | 標(biāo)準(zhǔn)安裝參見插圖，其他安裝選項(xiàng)請參閱說明書 | |
附件 | 鏡頭，輻射校準(zhǔn)，校準(zhǔn)白板，掃描平臺 |
附件配置：SWIR系統(tǒng)提供多種附件供用戶擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域
l 前置物鏡：優(yōu)化900-2500nm光譜范圍的圖像和光譜數(shù)據(jù)質(zhì)量。
l 采集光纖：帶有采集鏡頭或SMA連接器的光纖:不需要移動多路復(fù)用器，即可在一個(gè)分光計(jì)中包含4-110個(gè)輸入通道。
l 鏡像掃描器或旋轉(zhuǎn)平臺：用于掃描靜態(tài)目標(biāo)和戶外場景，或結(jié)合X-stagesamplemover用于桌面和顯微鏡應(yīng)用。
l LUMO軟件：支持，用于控制掃描平臺、采集數(shù)據(jù)、設(shè)置參數(shù)、影像實(shí)時(shí)可視化。
l 數(shù)據(jù)存儲為ENVI、Matlab和R兼容格式數(shù)據(jù)立方，支持多款通用軟件進(jìn)一步處理分析。還可以提供SDK，用于快速的應(yīng)用程序開發(fā)。
應(yīng)用領(lǐng)域
化學(xué)及材料分揀
醫(yī)藥制造
資源回收
礦物識別
糧食和農(nóng)業(yè)
水分含量分布
藝術(shù)研究與歸檔
檢測牛油果皮下斑點(diǎn)
應(yīng)用案例
（1）血液作為一種的信息載體，是診斷、毒理學(xué)和法醫(yī)學(xué)中常用的生物材料。通常，分析的材料直接從靜脈以液體的形式;然而，在某些情況下，分析在表面產(chǎn)生的血跡會更方便。高光譜成像在血漬分析中的一個(gè)重要應(yīng)用是估算時(shí)間，從而幫助犯罪現(xiàn)場調(diào)查人員確定案發(fā)時(shí)間。本實(shí)驗(yàn)采用主成分分析（PCA）和小噪聲分?jǐn)?shù)（MNF）方法。
如下圖：DBS卡上血斑:a為1-19樣本，b為20-28樣本（左圖），經(jīng)過小噪聲分?jǐn)?shù)算法血液斑點(diǎn)樣本a（基于PC2-PC3-PC4），b:（基于PC2-PC3-PC5）（右圖）。
所選血斑的光譜特征(S1，S6、S14、S16、S22、S26、S27)在SWIR范圍內(nèi)如右圖所示，分析顯示，的變化發(fā)生在樣本血液表面涂敷后的個(gè)小時(shí)。進(jìn)一步研究20-27個(gè)樣本發(fā)生的變化。對樣本進(jìn)行散點(diǎn)圖分組，觀察散點(diǎn)形狀與血跡點(diǎn)空間分布的相關(guān)性（如下圖）。觀察到的變化是由于血斑逐漸干燥和血紅蛋白衍生物(主要是氧血紅蛋白和金屬血紅蛋白)含量的差異造成。
本研究采用的方法是無損的、有效的、快速的。通過高光譜成像、結(jié)合PCA和MNF算法終成功區(qū)別出在0~29天的血斑，準(zhǔn)確提供了在血斑干燥過程中發(fā)生的動態(tài)過程信息。
?。?）高光譜成像在中藥質(zhì)量控制中的應(yīng)用——以神經(jīng)毒性日本八角茴香為例
高光譜成像將傳統(tǒng)的光譜和成像技術(shù)結(jié)合起來，從樣本中獲取光譜和空間信息。在食品飲料、農(nóng)業(yè)和制藥等行業(yè)，它被成功地用作評估原材料和產(chǎn)品質(zhì)量的分析工具。與液相色譜等傳統(tǒng)分析方法相比，SWIR高光譜成像可以在更短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行無損分析。
八角茴香（Illiciumverum）是治療小兒絞痛的常用藥物。然而，有記錄顯示在使用后出現(xiàn)了一些危及生命的不良事件，在一些情況下是由于與有毒的八角茴香(Illiciumanisatum，日本八角茴香)的摻雜或替代所致。顯然，迅速有效的質(zhì)量控制方法對于防止這種可怕后果的再次發(fā)生至關(guān)重要。
左圖上為日本毒八角茴香，下為中國八角茴香，右圖為日本毒八角茴香(綠色)和中國八角茴香(藍(lán)色)樣品的平均吸收光譜曲線
通過肉眼很難判斷真假，而采用光譜范圍為920-2514nm的SWIR高光譜推掃成像系統(tǒng)獲取圖像。采用主成分分析法(PCA)對圖像進(jìn)行分析，降低數(shù)據(jù)的高維性，去除不需要的背景，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化。利用偏小二乘判別法(PLS-DA)建立了4個(gè)主成分、R2X_cum為0.84、R2Y_cum為0.81的2個(gè)物種分類模型。隨后使用該模型作為外部數(shù)據(jù)集，準(zhǔn)確預(yù)測了引入模型的日本毒八角茴香(98.42%)和I.中國八角茴香(97.85%)的身份。
結(jié)果表明，SWIR高光譜成像技術(shù)是一種客觀、無損的質(zhì)量控制方法，可成功地對日本毒八角茴香和中國八角茴香進(jìn)行精確鑒別。此外，該方法還可以升級到傳送帶系統(tǒng)從而檢測大批量中國八角茴香中摻雜的日本毒八角茴香。
