使用多波段滤光片的普及型分光相机的提案

索尼半导体解决方案公司（下称SSS）将市售的多波段滤光片与SWIR图像传感器（IMX990^※）结合，提出适合异物检测和成分检测的普及型分光相机的概念，以解决食品制造行业面临的这些课题。

※IMX990是搭载了SenSWIR™技术的高性能SWIR图像传感器。单一传感器即可在包含可视光的0.4μm～1.7μm的大波段范围内成像。（→SWIR图像传感器）

现在市售的多光谱相机有多种分光方式。其中之一就是通过使用棱镜或衍射光栅等分光器，将通过狭缝的光的波长信息展开在图像传感器的像面上，然后以线扫描方式读取这些信息。（参照下图“普通的多光谱相机”）

这种方式的优点是不会造成分辨率下降，但存在相机尺寸大、价格高昂的缺点。并且它采用线扫描方式读取，所以局限于被摄体或相机匀速移动的场景。不过，由于制造业中被摄体在传送带上匀速移动的情况很常见，所以其应用很广泛。

于是，SSS想到能否以这种方式为基础，用其他类型的分光器替代棱镜和衍射光栅，从而实现小型且低成本的普及型分光相机。

具体来说，这是一种将多光谱相机的分光器替换为能透过多个不同波长的多波段滤光片的方法。这种多波段滤光片相比棱镜和衍射光栅成本更低，直接放置在图像传感器上方，就能实现与传统相机尺寸相同的线扫描方式的分光相机。（参照下图“SSS提案的普及型分光相机”）

可捕捉数百种波长的多光谱相机可以进行各种异物和成分的检测，但假设在一些限定用途中，使用4种波长就能进行高精度的识别。按照这一条件比较3种相机系统后，得出以下结果。普及型分光相机是一种低成本、成像数据处理简单并容易引入的系统。而且相机尺寸小巧，设置简单。

让我们来看看在多种假定用途下的实际检测事例。
以下事例中，我们利用食品所含成分会吸收特定波长光的特点，为相机选定并搭载了适合食品检测的4个波段的多波段滤光片。

使用多波段滤光片，根据脂质、水分、蛋白质的吸收情况，拍摄特定波长的图像，可获得普通彩色相机难以获得的信息。而且，利用拍摄的多光谱图像进行适合被摄体的图像处理，成功对彩色相机和单波段难以识别的成分和异物进行了可视化处理。

该事例设想的是制造茶叶时干燥工序中的含水量检测。茶叶的干燥程度可以通过茶叶所含的水分多少来判断，但是含水量很难通过目视识别。在本事例中，我们对含水量不同的4组茶叶进行了拍摄。利用水分吸收1450nm波段光的特性，对茶叶所含的水分进行可视化处理。

该拍摄事例假定对核桃壳进行筛选检测。通常，核桃去壳后要过筛，将果肉与外壳分离，但是外壳很难清除干净，残留的外壳需要通过人力检测和清除。假设用相机来协助这项人力筛查，我们将普通彩色相机与普及型分光相机的拍摄图像进行了比较。

从彩色相机的图像来看，核桃果肉与未清除的外壳颜色相近，二者形状相似时尤其难以区分。

在本事例中，用适合区分核桃果肉与外壳的4种波长拍摄，然后使用这些图像在彩色映射图上用红色代表异物（外壳）。将多种波长的数据组合在一起，提升了测定精度，可以轻松检测出彩色相机难以识别的异物。

Note：关于该事例中使用的主要成分分析的算法信息，计划在即将发布的白皮书中公开！如果感兴趣，请点击此处提前注册。

在上述事例中，我们介绍了使用2波段和4波段图像进行的验证。将多种波长的图像与图像处理结合起来，有望进一步扩大检测的应用范围。
现在，SSS正在通过各种应用事例推进验证，以期望扩大普及型分光相机在食品制造行业各种检测中的应用。这种普及型分光相机通过改变滤光片的规格，可将应用范围扩大到其他产业领域。

想要了解普及型分光相机及其应用，请点击此处联系我们。
另外，搭载SWIR图像传感器的相机列表，可点击此处下载。列表中也包括了普及型分光相机，如有需求敬请参阅。