Let hyperspektrale billedkameraer bringer sofistikeret billedbehandlingsevne til droner

I en ny undersøgelse, forskere brugte 3D-print og billige dele til at lave en billig hyperspektral billedkamera, der er let nok til at bruge indbyggede droner. De tilbyder en opskrift på at skabe disse billedkunstnere, hvilket kunne gøre den traditionelt dyre analyseteknik mere bredt tilgængelig.

Hyperspektrale billedbehandlere producerer billeder som et traditionelt farvekamera, men registrerer flere hundrede farver i stedet for de tre, der registreres af normale kameraer. Hver pixel i et hyperspektralt billede indeholder information, der dækker hele det synlige spektrum, levere data, der kan bruges, for eksempel, til automatisk at opdage og sortere objekter eller måle havfarve for at kortlægge skadelige algeopblomstringer. Traditionelle hyperspektrale billeddannere kan koste titusindvis af dollars og er meget omfangsrige og tunge.

I tidsskriftet The Optical Society (OSA) Optik Express , forskerne beskriver, hvordan man gør synlige bølgelængde hyperspektrale billedkameraer, der vejer mindre end et halvt pund for så lidt $ 700 (USD). De demonstrerer også, at disse billedfolk kan erhverve spektrale data fra en drone.

"De instrumenter, vi lavede, kan bruges meget effektivt på en drone eller ubemandet køretøj til at erhverve spektrale billeder, "sagde forskningsteamleder Fred Sigernes fra University Center på Svalbard (UNIS), Norge. "Det betyder, at hyperspektral billeddannelse kan bruges til at kortlægge store terrænområder, for eksempel, uden at skulle leje et fly eller en helikopter til at bære et dyrt og stort instrument. "

Udskrivning af de rigtige dele

En stationær 3D -printer lettede i høj grad processen med at lave de brugerdefinerede optikholdere, der er nødvendige for billedet. "At lave emner i metal er tidskrævende og kan være meget dyrt, "sagde Sigernes." Dog, 3D -print med plast er billig og meget effektiv til fremstilling af selv komplekse dele, såsom det stykke, der er nødvendigt for at holde risten, der spreder lyset. Jeg var i stand til at udskrive flere versioner og prøve dem. "

De hyperspektrale billeddannere skabt af forskerne anvender det, der er kendt som push-broom-teknikken, som bruger præcis linjescanning til at opbygge et spektralbillede. Forskerne tilføjede et stabiliseringssystem til opsætningen, så en drones bevægelse ikke ville forvrænge billedet, da det blev genereret.

"Push-kost hyperspektrale billeddannere kræver typisk dyr orienteringsstabilisering, "forklarede Sigernes." Dog, du kan nu købe meget billig gyroskopbaseret, elektronisk stabiliserende systemer. Fremkomsten af ​​disse nye systemer er mulig for os at lave billige hyperspektrale billedkameraer. "

In-flight test

Forskerne lavede flere prototyper ved hjælp af 3D -print til at skabe plastholdere, der præcist placerer små, lette kommercielle kameraer og optiske komponenter. De testede et af instrumenterne ombord på en oktokopterdrone udstyret med et toakset elektronisk stabiliseringssystem. Den hyperspektrale billedkamera fungerede godt og var i stand til at registrere landskabstræk såsom vegetation og vandmasser.

Forskerne udførte også håndholdte tests med de hyperspektrale billeddannere og tre-aksede elektroniske stabiliseringssystemer. For et eksperiment, de fejede billedet over en computerskærm med en frugtsamling, erhverver 571 spektrogrammer på 22 sekunder.

Disse gennemførlighedstest viste, at 3D -print er præcis nok til at producere prototypedele til optiske systemer. De trykte plastdele var lette og stærke nok til at holde det overordnede system let og lille, hvilket er vigtigt til brug med droner. Efter test, metalversioner af 3D -printede dele kan bestilles, hvis det ønskes for at skabe billedkunstnere, der ville være mere holdbare.

Forbedring af følsomhed

Selvom de nye billedkunstnere ikke giver følsomheden af ​​traditionelle hyperspektrale billedkunstnere, deres ydeevne er tilstrækkelig til at kortlægge terræn eller detektere havfarve i dagslys. Forskerne arbejder nu på at forbedre følsomheden ved at lave lidt større versioner af de instrumenter, der stadig ville være små og lette nok til brug på droner. Forbedring af billedernes følsomhed vil give data af højere kvalitet.

"Der er mange måder at bruge data indsamlet af hyperspektrale billedbehandlere, "sagde Sigernes." Ved at sænke omkostningerne ved disse instrumenter, Vi håber, at flere mennesker vil være i stand til at bruge denne analytiske teknik og udvikle den yderligere. "