Wat is het verschil tussen hyperspectrale camera's en gewone camera's?

I. Verschillen in werkingsprincipes

Het werkingsprincipe van een camera

Het principe is eenvoudig en rechttoe rechtaan. Het vangt licht op via de lens, en nadat het licht door de lens is gefocust, wordt het geprojecteerd op de beeldsensor. De pixels in de beeldsensor genereren overeenkomstige elektrische signalen op basis van de ontvangen lichtintensiteit. Deze elektrische signalen vormen, na een reeks bewerkingen en conversies, uiteindelijk het beeld dat we zien. Gewone camera's nemen meestal alleen licht waar en registreren dit binnen het zichtbare lichtspectrum. Hun focus ligt voornamelijk op de basiseigenschappen van objecten, zoals vorm, kleur en textuur, om een helder beeld te presenteren dat overeenkomt met de visuele gewoonten van het menselijk oog.

Het werkingsprincipe van hyperspectrale camera's

Het principe is veel complexer. Het kan niet alleen de informatie van een object in het zichtbare lichtgebied vastleggen, maar ook tegelijkertijd spectrale informatie verkrijgen in meerdere banden, zoals nabij-infrarood en midden-infrarood. Wanneer een hyperspectrale camera in werking is, ontleedt deze licht in spectrale componenten van verschillende golflengtes en beeldt vervolgens het licht af dat door objecten wordt gereflecteerd of uitgezonden bij elke golflengte afzonderlijk. Deze beeldvormingsmethode lijkt op het uitvoeren van een "spectrale scan" op een object, waarmee rijke informatie over het object in verschillende spectrale banden kan worden verkregen. Door deze spectrale informatie te analyseren, kunnen we een diepgaand begrip krijgen van de fysische en chemische eigenschappen van objecten, en zelfs hun samenstelling en structuur identificeren.

II. Verschillen in mogelijkheden voor gegevensverzameling
Qua gegevensverzameling is er een wereld van verschil tussen gewone camera's en hyperspectrale camera's. Foto's die met gewone camera's zijn gemaakt, zijn meestal tweedimensionale beelden, waarbij elke pixel slechts beperkte informatie bevat, zoals kleur en helderheid. Een gewone kleurenfoto heeft meestal elke pixel samengesteld uit drie kleurkanalen: rood, groen en blauw. Verschillende kleuren worden gepresenteerd door de combinatie van deze drie kanalen. Hoewel gewone camera's foto's met verschillende effecten kunnen verkrijgen door opnameparameters aan te passen, zoals ISO, sluitertijd, diafragma, enz., zijn de gegevensdimensies die ze verkrijgen over het algemeen relatief laag, waarbij de focus voornamelijk ligt op de visuele presentatie van het beeld.

Hyperspectrale camera's kunnen hoogdimensionale datacubes verkrijgen. Naast tweedimensionale ruimtelijke informatie bevat het ook eendimensionale spectrale informatie. Elke pixel in deze datacube komt overeen met een complete spectrale curve, die de reflectie- of emissie-eigenschappen van het object bij verschillende golflengtes registreert. Deze hoogdimensionale gegevens bieden extreem rijke informatiebronnen voor verdere analyse en verwerking. In de agrarische sector kan men bijvoorbeeld door de spectrale kenmerken in hyperspectrale beelden te analyserennauwkeurig de groeistatus van gewassen, de situatie van plagen en ziekten, evenals de bodemvruchtbaarheid en andere informatie bepalen. Bij milieumonitoring kunnen hyperspectrale camera's de componenten en concentraties van verontreinigende stoffen in waterlichamen detecteren, evenals veranderingen in gascomponenten in de atmosfeer, enz.

III. Verschillen in toepassingsgebieden
Vanwege de verschillen in werkingsprincipes en mogelijkheden voor gegevensverzameling, hebben hyperspectrale camera's en gewone camera's ook hun eigen focus in toepassingsgebieden.

Gewone camera's worden veel gebruikt in verschillende aspecten van het dagelijks leven, zoals fotografieliefhebbers die mooie momenten vastleggen, nieuwsmedia die nieuwsfoto's maken en commerciële fotografie voor productpromotie, enz. Het speelt een belangrijke rol in scenario's zoals sociale media, toerisme en familiememorialen, en voldoet voornamelijk aan de eisen van mensen voor visuele esthetiek en het documenteren van hun leven. Daarnaast hebben gewone camera's ook bepaalde toepassingen in enkele basiswetenschappelijke onderzoeksgebieden, zoals de observatie van macroscopische biologische vormen in de biologie en het vastleggen van eenvoudige experimentele verschijnselen in de natuurkunde.

Hyperspectrale camera's worden voornamelijk toegepast in professioneel wetenschappelijk onderzoek, industriële en militaire gebieden. Op het gebied van wetenschappelijk onderzoek biedt het krachtige tools voor de studie van disciplines zoals astronomie, geologie en ecologie. Astronomen kunnen bijvoorbeeld hyperspectrale camera's gebruiken om de spectrale kenmerken van hemellichamen te analyseren, waardoor ze hun chemische samenstelling en fysieke toestand kunnen begrijpen. Geologen kunnen verschillende soorten gesteenten en minerale bronnen identificeren via hyperspectrale beelden. In de industriële sector kunnen hyperspectrale camera's worden gebruikt voor productkwaliteitsinspectie, voedselcomponentanalyse, materiaalidentificatie, enz. In de voedselverwerkende industrie kan het bijvoorbeeld onzuiverheden, vochtgehalte en voedingscomponenten in voedsel detecteren, waardoor de kwaliteit en veiligheid van voedsel wordt gewaarborgd. Op militair gebied kunnen hyperspectrale camera's worden gebruikt voor taken zoals doelherkenning, camouflageherkenning en milieumonitoring. Ze kunnen verborgen doelen identificeren via camouflagematerialen, wat belangrijke inlichtingenondersteuning biedt voor militaire besluitvorming.

IV. Kenmerken van beeldeffecten
Qua beeldeffect streeft de gewone camera visuele effecten na met heldere kleuren, hoog contrast en goede helderheid om te voldoen aan de waarderingsbehoeften van mensen voor mooie foto's. Gewone camera's streven ernaar realistische en levendige scènes in foto's te presenteren door de optische prestaties van lenzen, beeldsensortechnologie en beeldverwerkingsalgoritmen te optimaliseren, waardoor de kleuren en details van objecten realistischer worden.

Het beeldeffect van hyperspectrale camera's richt zich meer op de nauwkeurigheid en volledigheid van spectrale informatie. De beelden die het vastlegt, zijn mogelijk visueel niet zo helder en opvallend als gewone foto's, maar ze bevatten rijke innerlijke informatie. Elke pixel in een hyperspectraal beeld vertegenwoordigt de spectrale respons van een object bij een specifieke golflengte. Door deze spectrale gegevens te analyseren, kunnen verschillende kenmerken van het object worden verkregen. In hyperspectrale beelden kunnen verschillende stoffen bijvoorbeeld verschillende spectrale karakteristieke curven vertonen. Zelfs als ze er qua uiterlijk erg op elkaar lijken, kunnen ze nog steeds nauwkeurig worden onderscheiden door middel van spectrale analyse. Dit beeldeffect is van cruciaal belang voor toepassingsscenario's die een precieze identificatie en analyse van objectcomponenten vereisen.

V. Apparatuurkosten en complexiteit
De technische complexiteit van hyperspectrale camera's bepaalt dat ze qua apparatuurkosten en operationele moeilijkheid veel duurder zijn dan gewone camera's. De ontwikkeling van hyperspectrale camera's omvat geavanceerde technologieën uit meerdere gebieden, zoals optica, spectroscopie, elektronica en signaalverwerking. Het productieproces vereist het gebruik van hoogwaardige optische componenten en geavanceerde detectoren, en de kosten van deze onderdelen zijn relatief hoog. Bovendien moeten ze, om ervoor te zorgen dat hyperspectrale camera's nauwkeurig spectrale informatie kunnen verkrijgen en verwerken, ook worden uitgerust met professionele software en algoritmen, wat hun onderzoeks-, ontwikkelings- en productiekosten verder verhoogt.

Daarentegen is de technologie van gewone camera's relatief volwassen geworden en is de concurrentie op de markt hevig. Hun productiekosten zijn relatief laag en de prijzen zijn ook betaalbaarder. De bediening van een gewone camera is relatief eenvoudig. Gebruikers hoeven alleen maar een paar basisvaardigheden voor het fotograferen te beheersen om er gemakkelijk mee aan de slag te gaan. De bediening van hyperspectrale camera's vereist professionele kennis en vaardigheden. Operators moeten de basisprincipes van spectroscopie en gerelateerde gegevensverwerkingsmethoden begrijpen om hun voordelen volledig te benutten en nauwkeurige en waardevolle informatie te verkrijgen.