能在无人机上实现复杂的成像能力的高光谱成像仪
在一项新的研究中，研究人员使用3D打印技术和低成本部件来制造一种廉价的高光谱成像仪，它可以使用到机载无人机上。这种技术为相关应用提供一个新型的成像仪，使传统昂贵的分析技术获得更广泛的应用。 Lv_6Mf(
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高光谱成像仪产生的图像像一个传统的彩色摄像机可检测到几百种颜色，而不是普通相机检测的三种颜色那样。高光谱图像的每个像素包含覆盖整个可见光谱的信息，提供可用于自动检测和分类对象或测量海洋颜色以绘制有害藻类水华的数据情况。而传统的高光谱成像仪需要花费数万美元，而且很笨重。 %d?%^)
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在美国光学学会（OSA）的《Optics Express》杂志上，研究人员详细介绍如何制作可见光波长的高光谱成像仪重量不到半磅，而花费少于700美元（USD）。他们的研究表明，这些成像可以从一艘无人驾驶飞机上获取光谱数据。 ;nC+K z:
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上图所示是研究人员使用3D打印技术制作的光学显微镜的支架（黑色矩形片），用来制作廉价的小型高光谱成像仪。可行性试验表明，三维打印可以用来制作精确到光学系统的原型零件。图片来源：斯瓦尔巴德岛大学中心 =LT( { 8
“我们的工具可以非常有效地使用了无人驾驶飞机或无人机获得的光谱图像，” 来自挪威斯瓦尔巴德岛大学研究中心组长Fred Sigernes说，“这意味着，高光谱成像可以用来绘制大片地形，例如，不需要租用飞机或直升机运载昂贵的大型仪器。” I 5bi^!i
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桌面3D打印机大大缓解了制造定制的光学成像所需的过程。“利用金属制造物品是费时的，还是非常昂贵的，“sigernes说。“然而，3D打印塑料是便宜的，而且是非常有效的，甚至复杂的部分，如所需的部分持有光栅分散光。我能打印好几个版本并尝试不断试用它们。” NuP@eeF>,
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研究者采用所谓的推扫技术创造了高光谱成像仪，采用精确的线扫描建立光谱图像。研究人员增加了一个稳定系统的设置，使无人驾驶的运动不会扭曲的图像，因为它是后期生成的。 3'']q3H
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上图是研究人员利用3D打印技术创造高光谱成像仪，对于使用无人机来说光是充足的。成像仪是图中无人机底部的小突起部分。图片来源：挪威科技大学 W&*{j;e9%I
“推扫式高光谱成像仪通常需要昂贵的方向稳定，”sigernes解释说。“不过，您现在可以购买非常便宜的基于陀螺仪的电子稳定系统。这些新的系统的出现，我们可以获得廉价的高光谱成像仪”。 /g8yc'{p
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在飞行中的测试 qt1# P
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研究人员利用3D打印制作了几个原型来制作塑料定位架，精确定位小型、轻便的商用相机和光学元件。他们测试了其中配备了两轴的电子稳定系统的机载仪器。高光谱成像仪表现良好，能够探测到诸如植被和水体等景观特征。 JTb<u C
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研究人员还进行了手持测试与高光谱成像仪和三轴电子稳定系统。其中一项实验中，他们对电脑显示器上显示的水果图像进行采集计算，结果在22秒内获得571的频谱图。 7"QcvV@ p
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这些可行性试验表明，三维打印的设备足够精确，可以制作光学系统的原型零件。印刷的塑料零件重量轻，坚固，足以保持整个系统的轻和小，这对于使用无人驾驶飞机来说是重要的。经过测试，3D打印部件的金属版本可以订购，如果需要那种更耐用的成像设备。 =djzE`)0
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提高灵敏度 ~M\s! !t3
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虽然新的成像不提供传统的高光谱成像仪的灵敏度，其性能足以在日光映射的地形或探测海洋的颜色。研究人员现在正在努力提高灵敏度，通过制作更大版本的仪器，这些仪器仍然小而轻，可以在无人驾驶飞机上使用。提高了成像的灵敏度将提供更高质量的数据。 pH*L8tT
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“有很多方法利用高光谱成像仪获得的数据，”sigernes说。“通过降低这些仪器的成本，我们希望更多的人能够使用这种分析技术并进一步开发它。” YJ"gm]Pm
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原文来源：https://phys.org/news/2018-02-lightweight-hyperspectral-imagers-sophisticated-imaging.html（实验帮译）
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