(Hyper)spectral Imaging

Het menselijk oog kan 3 verschillende golflengten λ van licht absorberen in het zichtbare spectrum binnen 380 tot 750 nanometer (nm). Het signaal wordt vervolgens verwerkt door de hersenen waardoor de mens kleuren kan zien.

^{The electromagnetic spectrum (by Philip Ronan, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons)}

Maar er is ook een groot bereik van licht dat het menselijk oog niet kan zien, maar dat informatie over de omgeving bevat. Bijen kunnen bijvoorbeeld ook UV-licht waarnemen, dat een kortere golflengte heeft dan het zichtbare spectrum van de mens, om de bloemopening te vinden. En infrarood licht, dat een hogere golflengte heeft, kan worden gebruikt voor nachtzicht of thermische beeldvorming.

Bij hyperspectrale beeldvorming wordt een groot aantal golflengten geregistreerd. Deze banden omvatten doorgaans het zichtbare spectrum (VIS) en het nabij-infraroodgebied (NIR), maar sommige sensoren hebben ook banden in het kortgolvige infrarood (SWIR), het middengolvige infrarood (MIR) of het thermische infrarood (TIR). Uit de geregistreerde reflectiekarakteristieken kunnen spectrale handtekeningen worden gecreëerd, die kunnen worden gebruikt als unieke vingerafdrukken om materialen van elkaar te onderscheiden.

^{Different spectral samplings: RGB, Multispectral, Hyperspectral (by Lucasbosch, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons)}

Hyperspectral cameras capture a set of images for different ranges λ of the electromagnetic spectrum, called a spectral band. Measuring those for each spatial position in a hyperspectral cube width × height × λ. There are multiple techniques to acquire hyperspectral data. 

  ^{Multispectral acquisition techniques by Lucasbosch CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons}  

• Ruimtelijke scancamera's scannen alleen lijnen of punten en gebruiken een prisma of een rooster om de verschillende golflengten op de camerasensor te verspreiden. Elk punt of lijn wordt dus achtereenvolgens gescand. Dit vereist een statische scène en nauwkeurige mechanica om de camera te bewegen. 
• Spectraal scannende camera's scannen meerdere monochromatische beelden, elk van een andere golflengte, en daarom worden banddoorlaatfilters gebruikt die alleen bepaalde golflengten doorlaten. Voor een multispectraal beeld worden meerdere beelden gemaakt waarbij tussendoor het filter wordt verwisseld. Dit vereist ook een statische scène. Maar hierdoor kunnen specifieke banden worden gebruikt die interessant zijn voor de toepassing. 
• Snapshot hyperspectrale beeldvorming maakt het mogelijk de datakubus direct op te nemen zonder scantechnieken, maar vereist soms uitgebreide interpolatie die artefacten kan introduceren.