Posted on

Công nghệ hình ảnh siêu phổ và ứng dụng

Hình ảnh siêu phổ là gì?

Là kỹ thuật thu được một hình ảnh 2D khi sử dụng camera siêu phổ, trong đó mỗi pixel trong hình ảnh có chứa một quang phổ liên tục. Một máy ảnh thông thường ghi lại ba kênh quang phổ trong mỗi điểm ảnh (màu đỏ, xanh lá cây, và xanh dương), trong khi các máy ghi hình siêu phổ (hyperspectral image) ghi lại hàng trăm kênh quang phổ. Dữ liệu thô đầu ra được hình dung như một khối dữ liệu (datacube). Đây có thể được coi là một ngăn xếp hàng chục đến hàng trăm hình ảnh với mỗi hình ảnh liên tiếp đại diện cho màu cụ thể của nó (dải phổ), hoặc tương đương, như một đường cong quang phổ chi tiết cho mỗi điểm ảnh. Một ví dụ của một datacube được thể hiện trong hình 1, với hai chiều trong không gian (x và y) và một trong bước sóng (λ).

Hình 1: Dữ liệu từ một máy chụp quang phổ chụp màu sắc của lá cây

Dữ liệu từ một máy chụp quang phổ có thể được xem như một ngăn xếp của hình ảnh, với mỗi hình ảnh tương ứng với một màu sắc khác nhau hoặc một dải quang phổ. Ba dải được dán nhãn đã được sử dụng để tạo ra một hình ảnh màu giả của lá.

Sự hữu ích của việc sử dụng hình ảnh siêu phổ là gì?

Trái ngược với bộ não con người, chỉ thu được 3 màu cơ bản bằng mắt thường, thì hệ thống quan sát bằng máy tính có thể sử dụng được nhiều kênh màu hơn. Với những thông tin quang phổ (màu), hệ thống máy quan sát quang phổ thường có sự cải thiện màu sắc rất nhiều so với hình ảnh màu thông thường. Ngoài ra, hệ thống hình ảnh siêu phổ có thể có được các chế độ phổ như hồng ngoại, cho phép hệ thống có thể khai thác được những phản xạ mà con người không thể nhìn thấy.

Vậy hình ảnh siêu phổ được sử dụng khi nào?

Thời gian gần đây, công nghệ ảnh siêu phổ (hyperspectral image) đã được sử dụng mạnh mẽ trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt trong đánh giá chất lượng nông sản và thực phẩm. Công nghệ này cho phép thu nhận một lượng lớn thông tin từ các quan sát bề mặt và tính chất phổ của đối tượng, từ đó phát hiện những đặc trưng và tính chất phức tạp của chúng. Ưu điểm nổi bật của công nghệ ảnh siêu phổ là có thể hỗ trợ đánh giá chất lượng và độ an toàn của thực phẩm mà không cần chạm vào, xâm lấn hay phá hủy mẫu được kiểm nghiệm. Đánh giá chất lượng và an toàn là khâu quan trọng trong quá trình sản xuất thực phẩm. Đây là một công đoạn nhằm đảm bảo cho thực phẩm có chất lượng cao, an toàn và tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường. Đối với một số nước đang phát triển thì đây còn là điều kiện để kiểm soát an toàn vệ sinh thực phẩm. Đánh giá chất lượng và an toàn thực phẩm thường được thực hiện qua việc đánh giá các đặc tính vật lý (màu sắc, kết cấu bề mặt, phân bổ vân thớ, độ mềm), hóa học (hàm lượng chất béo, độ ẩm, protein, độ pH, chất dịch) và sinh học (lượng vi khuẩn).

Công nghệ hình ảnh siêu phổ có thể trở thành một giải pháp tốt cho thị giác máy tính (computer vision):

  1. Cần thông tin ảnh siêu phổ hoặc màu sắc chính xác (Ví dụ: Khi phân biệt các màu sắc tương tự, đo màu tuyệt đối như CIE LAB, đo các tín hiệu huỳnh quang chồng chéo)
  2. Cần ảnh phổ toàn cảnh (đối tượng quan tâm không đồng nhất một màu, khu vực quan tâm chứa nhiều đối tượng, cảnh mà một quang phổ kế đơn điểm sẽ không lấy mẫu chính xác hoặc che khu vực quan tâm)

Ví dụ sau có thể giúp làm rõ hơn hai luận điểm trên:

Hình ảnh siêu phổ được ghi lại từ một vài miếng thịt gà được tẩm bột chiên được đun chín được quan sát như sau:

(1) Mỗi miếng có một vài chỗ không được tẩm bột (chỗ màu bạc)

(2) Một miếng thì có một chỗ màu đen và chỗ đó thì bột giòn (chỗ hai miếng thịt gà cạnh nhau)

(3) Còn những chỗ mà được tẩm bột đầy đủ và chiên bình thường sẽ có màu vàng.

Ba dải màu của hình ảnh quang phổ được sử dụng để tạo ra hình ảnh True color của miếng gà tẩm bột chiên được thể hiện trong hình 2. Việc dựng hình ảnh “True Color” được tạo ra bằng cách chọn 3 dải màu của hình ảnh phổ gần đúng hình ảnh của cảnh đối với con người. Những hình ảnh vẽ khác như ảnh sự sai lệch màu ở hình 1 có thể được sử dụng để giúp nhận dạng hoặc làm nổi bật các tính năng cần quan tâm.

  

Hình 2: Ảnh chụp thường và ảnh chụp từ camera siêu phổ với mẫu là miếng thịt tẩm bột chiên

Hình chụp từ camera siêu phổ cho thấy màu sắc được phân loại rõ nét như thế nào. Những chỗ không có bột thì được thể hiện màu xanh, những chỗ có nhiều bột hoặc giòn được phân biệt bằng màu xám. Thêm vào đó, màu vàng và màu cam được sử dụng để phân biệt với các vùng có màu vàng sáng hoặc màu đậm hơn. Những điểm ảnh bên ngoài không được phân loại đều có màu đen. Trong thực hành thì người ta có thể sử dụng những kết quả này để loại bỏ những mẫu không đạt chất lượng. Cũng như dựa trên những điểm ảnh màu vàng để kiểm soát quá trình nấu.

Kết luận về việc sử dụng hình ảnh chụp từ camera siêu phổ

Hình ảnh siêu phổ là một công cụ mạnh mẽ cho các ứng dụng “thị giác máy tính” đặc biệt hữu ích cho các ứng dụng đòi hỏi sự khác biệt giữa các đối tượng hoặc vùng màu tương tự. Giống như mắt người, hình ảnh quang phổ có thể được áp dụng cho nhiều ứng dụng, bao gồm kiểm soát chất lượng (gỗ, hàng dệt, giấy, vật liệu xây dựng, thuốc), kiểm soát quá trình (màng mỏng, độ ẩm, màu sắc), phân loại (thực phẩm, vật liệu tái chế, khoáng chất), viễn thám (màu đại dương, giám sát môi trường, nông nghiệp), và nhiều hơn nữa. Với sự phát triển của hệ thống hình ảnh siêu phổ với chi phí thấp, công nghệ này có thể được áp dụng cho việc sử dụng ngày càng mở rộng, với các nền tảng từ kính hiển vi đến máy bay.

Nguồn: Resonon

Liên hệ: sales@vecomtech.com

 

 

This post is also available in: viTiếng Việt

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *