Quali sono le differenze tra le fotocamere iperspettrali e le fotocamere ordinarie?
I. Differenze nei principi di funzionamento
Il principio di funzionamento di una fotocamera
Il principio è semplice e diretto. Cattura la luce attraverso l'obiettivo e, dopo che la luce è stata focalizzata dall'obiettivo, viene proiettata sul sensore di immagine. I pixel nel sensore di immagine generano segnali elettrici corrispondenti in base all'intensità della luce ricevuta. Questi segnali elettrici, dopo una serie di elaborazioni e conversioni, formano infine l'immagine che vediamo. Le fotocamere ordinarie di solito percepiscono e registrano solo la luce all'interno dello spettro visibile. La loro attenzione si concentra principalmente sulle caratteristiche di base degli oggetti come forma, colore e consistenza, al fine di presentare un'immagine chiara che si conformi alle abitudini visive dell'occhio umano.
Il principio di funzionamento delle fotocamere iperspettrali
Il principio è molto più complesso. Non solo può catturare le informazioni di un oggetto nella regione della luce visibile, ma può anche ottenere simultaneamente informazioni spettrali in più bande come il vicino infrarosso e il medio infrarosso. Quando una fotocamera iperspettrale è in funzione, scompone la luce in componenti spettrali di diverse lunghezze d'onda e quindi riproduce la luce riflessa o emessa dagli oggetti a ciascuna lunghezza d'onda separatamente. Questo metodo di imaging è simile a condurre una "scansione spettrale" su un oggetto, che può ottenere ricche informazioni sull'oggetto in diverse bande spettrali. Analizzando queste informazioni spettrali, possiamo ottenere una profonda comprensione delle proprietà fisiche e chimiche degli oggetti e persino identificarne la composizione e la struttura.
II. Differenze nelle capacità di acquisizione dati
In termini di acquisizione dati, c'è un mondo di differenza tra le fotocamere ordinarie e le fotocamere iperspettrali. Le foto scattate dalle fotocamere ordinarie sono solitamente immagini bidimensionali, con ogni pixel che contiene solo informazioni limitate come colore e luminosità. Una foto a colori comune di solito ha ogni pixel composto da tre canali colore: rosso, verde e blu. Vari colori vengono presentati attraverso la combinazione di questi tre canali. Sebbene le fotocamere ordinarie possano ottenere foto con effetti diversi regolando i parametri di scatto come ISO, velocità dell'otturatore, apertura, ecc., in generale, le dimensioni dei dati che ottengono sono relativamente basse, concentrandosi principalmente sulla presentazione visiva dell'immagine.
Le fotocamere iperspettrali possono ottenere cubi di dati ad alta dimensionalità. Oltre alle informazioni spaziali bidimensionali, contiene anche informazioni spettrali unidimensionali. Ogni pixel in questo cubo di dati corrisponde a una curva spettrale completa, che registra le caratteristiche di riflessione o emissione dell'oggetto a diverse lunghezze d'onda. Questi dati ad alta dimensionalità forniscono risorse informative estremamente ricche per l'analisi e l'elaborazione successive. Ad esempio, nel settore agricolo, analizzando le caratteristiche spettrali nelle immagini iperspettrali, si può determinare con precisione lo stato di crescita delle colture, la situazione di parassiti e malattie, nonché la fertilità del suolo e altre informazioni. Nel monitoraggio ambientale, le fotocamere iperspettrali possono rilevare i componenti e le concentrazioni di inquinanti nei corpi idrici, nonché i cambiamenti nei componenti dei gas nell'atmosfera, ecc.
III. Differenze nei campi di applicazione
A causa delle differenze nei principi di funzionamento e nelle capacità di acquisizione dati, le fotocamere iperspettrali e le fotocamere ordinarie hanno anche i propri punti focali nei campi di applicazione.
Le fotocamere ordinarie sono ampiamente utilizzate in vari aspetti della vita quotidiana, come gli appassionati di fotografia che catturano momenti meravigliosi, i media che scattano foto di notizie e la fotografia commerciale per la promozione dei prodotti, ecc. Svolge un ruolo significativo in scenari come i social media, il turismo e i ricordi di famiglia, soddisfacendo principalmente le esigenze delle persone per l'estetica visiva e documentando le loro vite. Inoltre, le fotocamere ordinarie hanno anche alcune applicazioni in alcuni campi di ricerca scientifica di base, come l'osservazione delle forme biologiche macroscopiche in biologia e la registrazione di semplici fenomeni sperimentali in fisica.
Le fotocamere iperspettrali sono principalmente applicate nella ricerca scientifica professionale, nei settori industriali e militari. In termini di ricerca scientifica, fornisce strumenti potenti per lo studio di discipline come l'astronomia, la geologia e l'ecologia. Ad esempio, gli astronomi possono utilizzare le fotocamere iperspettrali per analizzare le caratteristiche spettrali dei corpi celesti, comprendendo così la loro composizione chimica e il loro stato fisico. I geologi possono identificare diversi tipi di roccia e risorse minerarie attraverso immagini iperspettrali. In campo industriale, le fotocamere iperspettrali possono essere utilizzate per l'ispezione della qualità dei prodotti, l'analisi dei componenti alimentari, l'identificazione dei materiali, ecc. Ad esempio, nell'industria alimentare, può rilevare impurità, contenuto di umidità e componenti nutrizionali negli alimenti, garantendo la qualità e la sicurezza degli alimenti. In campo militare, le fotocamere iperspettrali possono essere utilizzate per compiti come il riconoscimento del bersaglio, il riconoscimento del camuffamento e il monitoraggio ambientale. Possono identificare bersagli nascosti attraverso materiali di camuffamento, fornendo un importante supporto di intelligence per il processo decisionale militare.
IV. Caratteristiche degli effetti di imaging
In termini di effetto di imaging, le fotocamere ordinarie perseguono effetti visivi con colori vivaci, alto contrasto e buona nitidezza per soddisfare le esigenze di apprezzamento delle persone per le belle immagini. Le fotocamere ordinarie si sforzano di presentare scene realistiche e vivaci nelle foto ottimizzando le prestazioni ottiche degli obiettivi, la tecnologia dei sensori di immagine e gli algoritmi di elaborazione delle immagini, rendendo i colori e i dettagli degli oggetti più realistici.
L'effetto di imaging delle fotocamere iperspettrali si concentra maggiormente sull'accuratezza e la completezza delle informazioni spettrali. Le immagini che cattura potrebbero non essere visivamente luminose e accattivanti come le foto ordinarie, ma contengono ricche informazioni interne. Ogni pixel in un'immagine iperspettrale rappresenta la risposta spettrale di un oggetto a una specifica lunghezza d'onda. Analizzando questi dati spettrali, è possibile ottenere varie caratteristiche dell'oggetto. Ad esempio, nelle immagini iperspettrali, diverse sostanze possono mostrare distinte curve caratteristiche spettrali. Anche se sembrano molto simili nell'aspetto, possono ancora essere accuratamente distinte attraverso l'analisi spettrale. Questo effetto di imaging è di fondamentale importanza per gli scenari applicativi che richiedono l'identificazione e l'analisi precise dei componenti degli oggetti.
V. Costo e complessità dell'attrezzatura
La complessità tecnica delle fotocamere iperspettrali determina che sono molto più costose in termini di costo dell'attrezzatura e difficoltà operativa rispetto alle fotocamere ordinarie. La ricerca e lo sviluppo di fotocamere iperspettrali coinvolgono tecnologie avanzate provenienti da più campi come l'ottica, la spettroscopia, l'elettronica e l'elaborazione del segnale. Il suo processo di fabbricazione richiede l'uso di componenti ottici di alta precisione e rilevatori avanzati, e il costo di queste parti è relativamente alto. Inoltre, per garantire che le fotocamere iperspettrali possano ottenere ed elaborare accuratamente le informazioni spettrali, devono anche essere dotate di software e algoritmi professionali, il che aumenta ulteriormente i costi di ricerca e sviluppo e produzione.
Al contrario, la tecnologia delle fotocamere ordinarie è diventata relativamente matura e la concorrenza di mercato è agguerrita. I loro costi di produzione sono relativamente bassi e anche i prezzi sono più convenienti. Il funzionamento di una fotocamera normale è relativamente semplice. Gli utenti devono solo padroneggiare alcune competenze di scatto di base per iniziare facilmente. Il funzionamento delle fotocamere iperspettrali richiede conoscenze e competenze professionali. Gli operatori devono comprendere i principi di base della spettroscopia e i metodi di elaborazione dei dati correlati per sfruttare appieno i loro vantaggi e ottenere informazioni accurate e preziose.