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高光譜相機檢測手機背板顏色均勻性的可行性驗證

1.什么是高光譜？

成像光譜技術由分光計發展而來，它是一項新技術，又名高光譜成像技術，傳統的光譜分析技術只能做局部平均光譜分析，而高光譜能夠做到整幅圖的各個點光譜分析。成像光譜有凝視成像型、推帚型、擺掃型。它能夠在生成一副圖像的同時獲取這副圖像每個像素點的光譜信息，實現“圖譜合一”。高光譜獲取的光譜信息能夠包括圖像中任何一個像素點的光譜，而普通的地物光譜儀只能獲取測試地物的平均光譜，所以高光譜獲取的數據能夠跟準確、精細地去分析被測地物。它的出現標志著光學遙感進入了高光譜遙感階段，利用從高光譜數據反演的地物反射光譜特征，能研究地球表面物體的分類、物質的成分、含量、存在狀態、空間分布及動態變化。

1.1高光譜相機的應用？

高光譜相機的應用領域非常廣泛。在環境監測中，它能夠用于植被健康檢測、水質監測和大氣成分分析等；在農業中，它可以實現作物分類、病蟲害檢測和土壤肥力評估；在工業檢測中，高光譜相機可用于材料分類和產品質量控制；在醫療健康領域，它在皮膚病診斷和組織分析方面展現了巨大的潛力；在國防和安全領域，它則能夠進行目標識別和偽裝檢測。這些應用展現了高光譜相機在各個領域的廣泛價值。

與傳統成像設備相比，高光譜相機具有顯著的優勢。普通彩色相機只能捕捉紅、綠、藍三種顏色的信息，而高光譜相機則能夠捕捉數百甚至上千種光譜信息，從而實現更高的光譜分辨率和更精確的物質識別能力。相比于光譜儀，高光譜相機不僅能夠進行光譜分析，還能同時實現空間成像，具備獨特的優勢。

高光譜相機的市場前景廣闊。隨著技術的發展，便攜式高光譜相機和小型化趨勢正逐漸興起，同時數據處理技術的進步也在不斷推動高光譜成像技術的發展。

2.實驗背景

2.1應用背景

由于手機背板顏色的均勻性影響著產品本身的品質，而傳統的人工檢測方式雖然能識別大部分的異色產品，但是基于主觀的測試條件會讓產品的判斷標準難以統一且工作量龐大，因此希望能通過高光譜相機檢測出手機背板的異色區域和正常區域。

2.2實驗目的

對使用高光譜相機的方式來區別出手機背板的異色區域和正常區域的可行性進行驗證。

便攜式高光譜成像系統實驗內容

3.實驗內容

3.1實驗儀器列表

3.2實驗內容

圖 4  原理示意圖

將樣品放置在均勻光源下，通過光譜相機可以獲取來自樣品反射光的光譜數據，光譜數據可以用于驗證異色區域和正常區域的差異，前后一共進行兩次測量實驗。

測量手機背板樣品共計 38 片 ，報告內容以 1-6 號數據展示。

圖 1  樣品圖片

圖 2  測試環境

圖 3  測試環境

• 第一次實驗

• 1號樣品

• 2號樣品

• 3 號樣品

• 4 號樣品

• 5 號樣品

• 6 號樣品

通過相機拍攝的圖片和樣品本身的圖片對比可以發現直接通過觀察圖像是很難去識別一些 異色不明顯的樣品的。在光譜對比上，在標簽附近區域選擇多個位置的光譜對比，發現除了 強度上有變化其余在光譜趨勢上幾乎一致。

• 第二次實驗

• 1號樣品

• 2 號樣品

• 3 號樣品

• 4 號樣品

• 5 號樣品

• 6 號樣品

第二次實驗換了光源和相機， 整體的效果跟第一次實驗一樣 6 個樣品的異色區域跟正常區域差異不明顯。在光譜上，異色區域和正常區域的光譜在 400-1000nm 同樣沒有太大區別，光譜的趨勢是 一致的只有光譜強度上的小差異，但是光譜強度上的差異很大程度上是受光源的均勻性和穩定性影響。

4.實驗結果

1 、 兩次實驗的測試效果不太好， 無論是通過直接對比圖像還是對比光譜數據， 異色區域和 正常區域都相差不大。

2 、異色屬于同材料的工藝上的處理瑕疵， 同種材料由于工藝上的異色問題可能對光譜的影 響較小，從而在光譜上無法分辨出異色區域和正常區域；對于光譜相機，它更適合不同材料 之間的判斷。

3 、在檢測異色的問題上 ，光源的選擇可能更加重要 ，特定波長的光源可能會使樣品的異色 區域能直觀的被人眼或相機識別到。