Sorgenti per Imaging Iperspettrale

Le telecamere iperspettrali misurano la luce emessa, trasmessa o riflessa dagli oggetti. Nei casi di riflessione e trasmissione, la luce incidente gioca un ruolo significativo nella rilevanza dei risultati. Poiché le telecamere iperspettrali misurano spettri continui, è fondamentale che anche la sorgente luminosa abbia uno spettro continuo. Sono disponibili diverse sorgenti luminose con questa proprietà.

1. Sorgenti alogene

Le alogene sono probabilmente le sorgenti luminose più comuni per l'imaging iperspettrale e le più economiche. In genere, l'emissione di un’alogena segue le curve di Planks dei corpi neri tra 3000 e 4500 K (cfr. Fig. 1).

Fig. 1 - Curve di emissione tipiche delle lampade alogene

Si noti che le alogene più calde contengono più segnali blu di quelle più fredde ma, d'altro canto, hanno meno IR. Inoltre, le alogene più calde sono meno bilanciate di quelle più fredde. È possibile utilizzare un opportuno filtro spettrale per uniformarne l’andamento spettrale.

Vantaggi:

Non costose
Spettro continuo tra 400 e 2500 nm
Buona emissione nell’IR

Svantaggi:

Breve durata di vita
Emissione di calore
Richiedono sistemi ottici per essere focalizzate a (come ad esempio i riflettori ellittici)
Hanno una scarsa emissione nel blu e un'elevata intensità a circa 1000 nm, il che non è ottimale per le misure di colore

Poiché in molte applicazioni è richiesta la misurazione del colore, alcune alogene sono state modificate con opportuni filtri. Queste lampade alogene hanno anche un riflettore che non riflette la radiazione infrarossa in avanti ma la lascia tornare indietro, riducendo il carico di calore infrarosso sulla superficie. Queste lampade però non possono essere utilizzate nelle misure NIR o SWIR.

2. Luce lineare basata su sorgenti alogene fredde

Per ottenere una luce lineare collimata da una sorgente alogena, è possibile utilizzare una guida ottica (fibra) con una lente cilindrica.

Vantaggi:

Luce di linea collimata
Assenza di calore
Spettro continuo tra 400 e 800 nm

Svantaggi:

Nessun segnale IR
Breve durata di vita
Scarsa emissione nel blu

3. LED

I LED si sono diffusi rapidamente a partire dal 2015 e ora ne disponibili diversi per l'imaging iperspettrale. Tuttavia, non tutti sono adatti, e solo quelli cosiddetti bianchi lo sono.

Vantaggi:

Buona tunabilità
Assenza di calore
Lunga durata
Luce di linea collimata

Svantaggi:

Più costose delle alogene
Non molto luminose
Segnale irregolare con cali improvvisi
Scarsa disponibilità al di sopra dei 900 nm

Per quanto riguarda le misure del colore, queste sono piuttosto buone, poiché il segnale nel blu è buono.

4. Laser supercontinuo

Si tratta di una tecnologia relativamente nuova per l'illuminazione iperspettrale. Sono disponibili diverse opzioni con diversi intervalli spettrali.

Vantaggi:

tunabilità
emissione con linea luminosa e collimata
Spettro continuo

Svantaggi:

Costoso
Picco elevato a 1064 nm
Lo spettro al centro della linea è diverso da quello dei bordi
Il segnale cala notevolmente dopo i 2350 nm
Laser di classe 4, che richiedono istruzioni di sicurezza per l'integrazione e l'uso

5. Radiatori

Sono tipicamente utilizzati per imaging termico. Sono emettitori come le lampadine alogene, ma a temperature più basse, il loro picco di emissione è compreso tra 3 e 12 um.

Fig. 2 - Illuminazione termica Specim e relativa curva di emissione del corpo nero

Le telecamere Specim MWIR e LWIR che forniamo coprono una gamma spettrale di 2,7 - 5,3 e 8 - 12 um. Questi intervalli sono situati dopo il massimo di emissione dell'illuminazione per essere il più possibile piatti sulle corrispondenti lunghezze d'onda delle telecamere. Un'illuminazione più calda avrebbe una pendenza maggiore nell'intervallo spettrale termico, mentre una più fredda avrebbe un'intensità troppo bassa.

Vantaggi:

Spettro continuo nell'intervallo spettrale termico
Lunga durata
Copre l'intera gamma spettrale MWIR – LWIR

Svantaggi:

Necessità di collimare i riflettori
Deve essere maneggiato con cura (elemento caldo)
Emissione di calore

6. Luce solare

L'illuminazione solare è utilizzata in molte applicazioni: agricoltura di precisione, valutazione ambientale, industria mineraria e tutte le applicazioni di telerilevamento. Di per sé, il Sole fornisce un'illuminazione a spettro continuo, che un corpo nero emetterebbe a circa 5800 K. Tuttavia, l'atmosfera che circonda la Terra contiene gas con caratteristiche di assorbimento, che modificano l'illuminazione che raggiunge la superficie del nostro pianeta.

Fig. 3 - Emissione solare e assorbimento atmosferico

Come mostrato nella Fig. 3, l'illuminazione solare è rilevante tra i 400 e i 1000 nm, ma al di sopra di questa soglia i modelli atmosferici devono essere coinvolti nella correzione degli spettri, quando possibile.

Vantaggi:

Omogeneo
Spettro relativamente continuo tra 400 e 1000 nm
Economico

Svantaggi:

Disponibile solo durante il giorno
Le nuvole influenzano l'emissione IR
Picchi di assorbimento atmosferico

7. Fluorescenza

A differenza delle altre fonti di illuminazione, per le misure di fluorescenza è necessario che la luce inneschi un tipo specifico di emissione dai campioni. Questo non viene utilizzato per la riflettanza o la trasmissione. Pertanto, non è necessario uno spettro continuo sull'intera gamma spettrale. Le tipiche sorgenti luminose utilizzate per la fluorescenza coprono un intervallo spettrale relativamente ristretto nell'UV o sono basate su tecnologia laser.