Comment les caméras hyperspectrales mesurent-elles les couleurs?

À l'ère actuelle du développement rapide de la science et de la technologie, la mesure des couleurs occupe une position vitale dans de nombreux domaines, du contrôle de la qualité des produits, de la création artistique à la recherche scientifique.En tant qu'appareil optique avancé, la caméra hyperspectrale apporte une solution nouvelle, plus précise et plus complète pour la mesure des couleurs.

一、 le principe de base de la caméra hyperspectrale

Le principe de fonctionnement des caméras hyperspectrales est basé sur la capture fine d'informations spectrales.qui ne peut enregistrer que les informations de couleur des trois canaux de rouge, les caméras hyperspectrales vertes et bleues peuvent diviser le spectre en de nombreuses bandes étroites dans une large plage spectrale telle que la lumière visible au proche infrarouge, généralement jusqu'à des centaines ou même plus.Par exemple, il peut diviser la gamme spectrale de 400 à 1000 nm en bandes à très petits intervalles, tels que 1 nm ou des intervalles plus petits.Les caractéristiques d'absorption et de transmission de l'objet à différentes longueurs d'onde de lumière sont différentesGrâce à son système optique spécial et son détecteur, la caméra hyperspectrale collecte l'intensité du signal lumineux de chaque bande à son tour,afin de construire la courbe de réflexion spectrale de l'objetCette courbe enregistre en détail la réflectivité des objets à différentes longueurs d'onde et constitue la source de données de base pour la mesure des couleurs.

二、 le processus spécifique de mesure des couleurs

(1) Étalonnage

L'étalonnage est une étape essentielle avant d'utiliser une caméra hyperspectrale pour la mesure des couleurs.Le but de l'étalonnage est d'établir une correspondance précise entre les données spectrales capturées par la caméra et les vraies valeurs de couleurLes tableaux blancs standard avec des propriétés spectrales connues sont souvent utilisés comme références d'étalonnage.La caméra hyperspectrale prend des photos du tableau blanc standard, enregistre l'intensité de son signal optique dans chaque bande et calcule la fonction de réponse de la caméra selon les données connues de réflexion spectrale du tableau blanc standard,afin de corriger l'éventuelle déviation spectrale, le bruit du courant sombre et d'autres facteurs d'erreur de la caméra, et assurer l'exactitude et la fiabilité des données de mesure ultérieures.

(2) Collecte d'images

Une fois l'étalonnage terminé, l'image de l'objet cible peut être acquise.il obtient l'information sur l'intensité de la lumière réfléchie par la bande d'objet bande par bande en fonction de la gamme et de la résolution de bande spectrale prédéfiniesPar exemple, pour chaque pixel d'une image, ses données lumineuses réfléchies à travers plusieurs bandes spectrales sont enregistrées.alors chaque pixel aura 200 valeurs de réflectance spectrale correspondantesEnsemble, ces données forment un cube de données tridimensionnel, où le plan bidimensionnel représente les informations de position spatiale de l'image (coordonnées x, y),et la troisième dimension représente l'information de bande spectrale (λ)De cette façon, la caméra hyperspectrale enregistre non seulement la couleur et l'apparence de l'objet, mais contient également ses caractéristiques spectrales.qui fournit plus de données que les caméras traditionnelles.

(3) Traitement des données et calcul des couleurs

Les données spectrales massives collectées doivent passer par un traitement complexe pour obtenir les résultats finaux de la mesure des couleurs.correction de la distorsion spectrale et autres opérationsDans le domaine de la science des couleurs, les modèles de couleurs couramment utilisés sont CIE XYZ, CIELAB, etc.Prenant comme exemple le modèle de couleur CIELAB, il représente la couleur sous forme de trois valeurs de coordonnées basées sur les caractéristiques de la perception de la couleur par l'œil humain: L représente la luminosité, a représente la composante de degré rouge-vert,et b * représente la composante de degré jaune-bleuEn combinant les données de réflectance spectrale collectées par la caméra hyperspectrale avec la distribution de puissance spectrale du corps d'éclairage standard (comme la source lumineuse standard D65),et l'intégration selon la fonction de correspondance des couleurs, la valeur des coordonnées de l'objet dans l'espace de couleur CIELAB peut être calculée, de manière à décrire avec précision l'attribut de couleur de l'objet.,la différence de couleur peut également être calculée en comparant les coordonnées de couleur de différents objets ou de différentes parties d'un même objet,utilisé pour évaluer la consistance ou le degré de changement de couleur.

三、les avantages de la mesure des couleurs par caméra hyperspectrale

(1) Haute précision et haute résolution

Les caméras hyperspectrales offrent une résolution spectrale extrêmement élevée, ce qui leur permet de capturer des différences de couleur extrêmement fines dans les mesures de couleur.dans certaines industries qui exigent une très haute précision des couleurs, comme l'impression haut de gamme, la production de cosmétiques, etc., il peut distinguer avec précision les changements de couleur qui sont difficiles à détecter pour l'œil humain,assurer la cohérence de la couleur du produit et des normes de qualité élevéesSes résultats de mesure de haute précision aident à améliorer le niveau de contrôle de la qualité des produits et à réduire le taux de produits défectueux causés par un écart de couleur.

(2) Informations spectrales riches

En plus de l'information sur la valeur de tristimulus de la couleur,la courbe de réflectance spectrale obtenue par la caméra hyperspectrale contient des informations détaillées sur l'objet sur toute la gamme spectrale mesuréeCette technique présente des avantages uniques pour l'analyse des couleurs de certains matériaux ou objets spéciaux, notamment dans le domaine de la restauration et de la protection des reliques culturelles.en analysant les caractéristiques spectrales des pigments à la surface des reliques culturellesDans le domaine de l'agriculture, l'état de la croissance, le taux de croissance et le taux de croissance sont des indicateurs de la croissance, qui permettent de comprendre leur composition et leur âge, ce qui constitue une base importante pour les travaux de restauration.la teneur en nutriments et les maladies et les insectes nuisibles des plantes peuvent être surveillés en fonction des changements de la réflectance spectrale des feuilles des plantes, car les caractéristiques d'absorption et de réflexion des différentes longueurs d'onde de la lumière changeront dans les différents stades de croissance et les différents états de santé des plantes.

(3) Mesure sans contact

Les caméras hyperspectrales n'ont pas besoin d'entrer en contact direct avec l'objet mesuré, ce qui est important dans de nombreux cas.les reliques culturellesLa mesure sans contact peut éviter les dommages ou la pollution de l'objet, tout en permettant de mesurer rapidement la couleur sur une grande surface.améliorer l'efficacité des mesuresPar exemple, dans la détection des couleurs de peintures murales à grande échelle, les informations de couleur de l'ensemble de la peinture murale peuvent être rapidement obtenues,fournir un support complet de données pour les travaux de protection et de restauration.

四、Essai expérimental d'une caméra hyperspectrale dans la mesure des couleurs

1. but expérimental
Testez la valeur de laboratoire de l'échantillon ci-dessous

2Liste des instruments de test expérimentaux

3Contenu expérimental

La courbe de réflectance a été obtenue par détection externe de la caméra hyperspectrale de 400-1000 nm
Le processus de mesure expérimentale est illustré sur la figure ci-dessous:

4Conclusion

La caméra hyperspectrale FS-13 a été utilisée pour prendre les échantillons du client, et la valeur de laboratoire de chaque échantillon a été obtenue à partir de l'analyse d'image hyperspectrale,qui pourrait être utilisé pour remplacer le compteur de différence de couleur, et la stabilité de l'essai était bonne, la position d'échantillonnage de l'échantillon d'essai était flexible, et une mesure en plusieurs points pouvait être effectuée pour réaliser la détection automatique.