Hyperspectral Imaging (HSI) หรือ การถ่ายภาพแบบไฮเปอร์สเปกตรัล คือ เทคนิคการถ่ายภาพขั้นสูงที่ผสมผสานความสามารถของการถ่ายภาพดิจิทัลเข้ากับการวัดสเปกโทรสโกปี โดยจะทำการบันทึกข้อมูลความเข้มของแสง (Radiance) ที่สะท้อนหรือแผ่ออกมาจากวัตถุ ณ ทุกๆ พิกเซลของภาพ ในช่วงความยาวคลื่นที่แคบและต่อเนื่องกันจำนวนมาก (โดยทั่วไปอาจมีตั้งแต่หลายสิบถึงหลายร้อยช่วงคลื่น)

ความแตกต่างจาก Multispectral Imaging:

Multispectral Imaging (การถ่ายภาพแบบหลายช่วงคลื่น): บันทึกข้อมูลในจำนวนช่วงคลื่นที่น้อยกว่า (โดยทั่วไป 3-10 ช่วงคลื่นกว้าง) ซึ่งมักจะครอบคลุมช่วงสีหลัก เช่น แดง เขียว น้ำเงิน และอาจมีช่วงอินฟราเรดใกล้เพิ่มเติม
Hyperspectral Imaging: บันทึกข้อมูลในจำนวนช่วงคลื่นที่มากกว่ามาก (หลายสิบถึงหลายร้อยช่วงคลื่นแคบ) ครอบคลุมช่วงสเปกตรัมที่กว้างกว่าและมีความละเอียดทางสเปกตรัมสูงกว่า ทำให้ได้ข้อมูลสเปกตรัมที่ต่อเนื่องสำหรับทุกพิกเซล

หลักการทำงาน:

เมื่อแสงตกกระทบวัตถุ วัตถุนั้นจะดูดกลืน สะท้อน หรือส่งผ่านแสงในแต่ละช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะขององค์ประกอบทางเคมีและกายภาพของวัตถุนั้นๆ Hyperspectral Imaging จะทำการบันทึกความเข้มของแสงที่สะท้อนหรือแผ่ออกมาในแต่ละช่วงคลื่นเหล่านี้ ทำให้เกิดเป็นชุดข้อมูลสามมิติที่เรียกว่า "Hyperspectral Data Cube" ซึ่งประกอบด้วย:

สองมิติเชิงพื้นที่ (Spatial Dimensions): แสดงตำแหน่งของพิกเซลในภาพ
หนึ่งมิติเชิงสเปกตรัม (Spectral Dimension): แสดงค่าความเข้มของแสงในแต่ละช่วงความยาวคลื่นสำหรับแต่ละพิกเซล

ประโยชน์และประยุกต์ใช้งาน:

ข้อมูลที่ได้จาก Hyperspectral Imaging มีความละเอียดสูงทางสเปกตรัม ทำให้สามารถวิเคราะห์และระบุองค์ประกอบของวัตถุได้อย่างแม่นยำ ซึ่งนำไปสู่การประยุกต์ใช้งานที่หลากหลาย เช่น:

การเกษตรและป่าไม้ (Agriforest Monitoring): ประเมินสุขภาพพืช, ตรวจจับโรคพืช, วิเคราะห์องค์ประกอบของดิน, ตรวจสอบชนิดของพืช, ติดตามการเปลี่ยนแปลงของป่าไม้
วิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม (Environmental Science): ตรวจสอบคุณภาพน้ำ, ติดตามมลพิษทางอากาศและทางดิน, ศึกษาการเปลี่ยนแปลงของระบบนิเวศ
ความปลอดภัยของอาหาร (Food Safety): ตรวจสอบคุณภาพและความปลอดภัยของอาหาร, ตรวจจับสารปนเปื้อนและสารปลอมปน
ธรณีวิทยาและเหมืองแร่ (Geology & Mining): จำแนกชนิดของแร่ธาตุ, สำรวจแหล่งแร่, ตรวจสอบผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการทำเหมือง
การวิเคราะห์ทางอุตสาหกรรม (Industrial Analysis): ตรวจสอบคุณภาพของผลิตภัณฑ์, ควบคุมกระบวนการผลิต, ตรวจจับความผิดปกติของวัสดุ
เภสัชกรรมและเครื่องสำอาง (Pharmaceutical & Cosmetics): ควบคุมคุณภาพยาและเครื่องสำอาง, ตรวจสอบความบริสุทธิ์ของสารประกอบ
ความปลอดภัยสาธารณะ (Public Safety): ตรวจจับวัตถุอันตราย, วัตถุระเบิด, และสารผิดกฎหมาย
วิทยาศาสตร์วัสดุ (Material Science): วิเคราะห์สมบัติทางเคมีและโครงสร้างของวัสดุ
วิทยาศาสตร์ชีวภาพและการแพทย์ (Biological Science & Medical Diagnostics): ศึกษาเนื้อเยื่อและเซลล์, วินิจฉัยโรค, การผ่าตัดนำวิถีด้วยภาพ
การสำรวจระยะไกล (Remote Sensing): การทำแผนที่, การติดตามการเปลี่ยนแปลงของพื้นผิวโลก, การวิเคราะห์ภัยพิบัติ

โดยสรุป, Hyperspectral Imaging เป็นเทคโนโลยีที่มีศักยภาพสูงในการให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับองค์ประกอบและคุณสมบัติของวัตถุต่างๆ โดยอาศัยการวิเคราะห์ลายเซ็นสเปกตรัมที่เป็นเอกลักษณ์ในแต่ละพิกเซลของภาพ ทำให้เป็นเครื่องมือสำคัญในหลากหลายสาขาวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรม