title: Development of a hyperspectral microcamera
title: Ανάπτυξη μιας υπερφασματικής μικροκάμερας
Creators: name: Χριστοδουλου Θεοφιλος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2018

description: The purpose of this study is to test the feasibility of creating a hyperspectral imaging device, utilising a single rotating dichroic filter as a spectral scanning mechanism. Hyperspectral imaging stands for the acquisition of distinct spatial information from many, typically hundreds, individual spectral components within the electromagnetic spectrum. The examination of the spectral composition of light at each pixel of the image, namely spectral imaging, is able to provide qualitative and quantitative information about the physical and chemical structure of matter, in a non-invasive and non-destructive manner. The proposed system does not compromise spatial resolution, as it uses the entire sensor to capture spatial information at each exposure. A rotating dichroic filter acts as a tunable band-pass optical filter, used to selectively isolate spectral components and, eventually, scan across the electromagnetic spectrum. The ability to tune a dichroic mirror, derives from the nature of the angle of incidence as a determinative factor for its frequency response. In this particular design, a triple-band band-pass dichroic filter is used, along with a color camera, in order to reduce the total number of exposures needed to acquire the desired spectrum. The precise rotation of the filter is achieved using a Stepper motor, that is driven with an Arduino equipped with the Arduino Motor Shield. The proposed method is, ultimately, able to assist spectral imaging with remarkable scalability and optimal reusability of the optical and mechanical components of the device. Further optimisation of this system can lead to the construction of a compact, largely accessible, real- time hyperspectral imaging device.
description: Σκοπός της παρούσας έρευνας είναι να αναλυθεί η δυνατότητα δημιουργίας μιας συσκευής υπερφασματικής απεικόνισης, χρησιμοποιώντας ένα διχροϊκό φίλτρο ως μηχανισμό συχνοτικής σάρωσης. Ως υπερφασματική απεικόνιση περιγράφεται η διαδικασία αποκόμισης ξεχωριστής χωρικής πληροφορίας για διάφορα, τυπικά εκατοντάδες, ξεχωριστά συχνοτικά στοιχεία του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Η εξέταση της συχνοτικής σύνθεσης του φωτός σε κάθε  pixel, γνωστή και ως φασματική απεικόνιση, είναι δυνατό να παρέχει ποιοτική και ποσοτική πληροφορία σχετικά με τη φυσική και χημική σύνθεση της ύλης, με τρόπο μη επεμβατικό και μη καταστρεπτικό. Το συκεκριμένο σύστημα που αναπτύχθηκε δεν θυσιάζει τη χωρική ανάλυση, καθώς χρησιμοποιεί ολόκληρη την επιφάνεια του αισθητήρα για να αποκομίσει χωρική πληροφορία σε κάθε λήψη. Ένα περιστρεφόμενο διχροϊκό φίλτρο λειτουργεί ως μεταβαλλόμενο band-pass οπτικό φίλτρο, το οποίο χρησιμοποιείται για να απομονωθούν συγκεκριμένα συχνοτικά στοιχεία κατά βούληση, σαρώνοντας έτσι το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Η γωνία πρόσπτωσης του φωτός σε ένα διχροϊκό φίλτρο είναι καθοριστική ως προς τη συχνοτική του απόκριση και έτσι προκύπτει η δυνατότητα να κουρδιστεί κατά βούληση. Στο συγκεκριμένο σύστημα, χρησιμοποιήθηκε ένα band-pass διχροϊκό φίλτρο με τρεις περιοχές μετάδοσης σε συνδυασμό με μία έγχρωμη κάμερα, ώστε να μειωθεί ο αριθμός των λήψεων που απαιτούνται για την αποκόμιση του επιθυμητού φάσματος. Η ακριβής περιστροφή του φίλτρου επιτυγχάνεται με τη χρήση ενός stepper motor, το οποίο οδηγείται από ένα Arduino εξοπλισμένο με Arduino Motor Shield. Η μέθοδος που περιγράφεται στην παρούσα έρευνα είναι εφικτό να χρησιμοποιηθεί για φασματική απεικόνιση, προσφέροντας μεγάλη ευελιξία και βέλτιστη χρήση των οπτικών και μηχανικών εξαρτημάτων της συσκευής. Περαιτέρω βελτίωση του προτεινόμενου συστήματος είναι δυνατό να οδηγήσει στη δημιουργία μίας μικρής, αποτελεσματικής και εύχρηστης συσκευής, ικανή να πραγματοποιήσει υπερφασματική απεικόνιση σε πραγματικό χρόνο.