1. Hyperspectral Images Applications
Julie Dai

2. Agenda Hyperspectral Imaging Applications What Is HSI?
The HSI Instrument
Applications
Food Industry :
Bruise Detection of Apples
Fish Freshness
Citrus Fruit Inspection
Sugar Distribution of Melons
Sorting potatoes
Forensic Science :
Questioned Document Analysis
Fire Investigation
Bloodstain Visualization
Fiber Comparison
Gun Powder Residue Visualization
Duct Tape Examination
Fingerprint Enhancement
Medical  :
Diabetic Foot Ulcers
Normal and Malignant Colon Tissue Citrus

3. What Is Hyperspectral Imaging?
Hyperspectral Imaging (HSI) is a spectroscopic method, combining digital imaging with conventional spectroscopy.
HSI collects images as a function of wavelength.
HSI provides an individualized reflectance or fluorescence spectrum for each pixel in an image. 6 2 8 4
λ 2 λ1
Wavelength
Intensity
הדמיה היפרספקטראליתHSI) ) היא שילוב שתי סוגי הדמיות 1.דיגיטלית – טקסטורת הגוף 2.ספקטרוסקופית- ממה הגוף בנוי.
ספקטרוסקופיה הוא תחום מחקר שבו נמדד ספטרום של רמות אנרגיה או ספקטרום של תדרי קרינה אלקטרומגנטית, כמו למשל תדרי אור.
HSI אוסף תמונות כפונקציה של אורך גל.
HSI מספק החזר יחידנית או ספקטרום פלואורסצנטי עבור כל פיקסל בתמונה
λ 5
λ 4
λ 3

4. What Is Hyperspectral Imaging?
תמונת היפרסקטרל – הינה תהליך סריקה,עיבוד והצגה של תמונה בטווח ספקטרלי כלשהו.

5. What Is Hyperspectral Imaging?
The images in a HSI dataset can be viewed to determine:
At which wavelengths, if any, a difference in intensity is seen between two samples being compared
At which wavelength differing contrast is displayed between an area of interest (i.e. a fingerprint or a stain) and the substrate
HSI images of two black ballpoint inks being compared at 620nm, 700nm, 720nm, 760nm (from left).
הדמיה דיגיטלי יכולה לעזור לנו לקבוע:
את ההבדל בין עוצמות שנראות בין שתי דגימות מושוות.
איזה אורך גל יוצר הבדלי ניגודיות אשר מוצגים באיזור עיניין (כמו טביעת אצבע, כתמים וכו').

6. Instrument Components:
The HSI Instrument
Instrument Components:
Light Source: Illuminates the sample. White light can be used for visible and NIR data collection and specific wavelengths can be selected for fluorescence data collection.
Imaging Optics: Collects sample reflectance or fluorescence wavelengths along with all illumination wavelengths.
Tunable Filter: Allows only a specific wavelength corresponding to a particular image frame to be detected by the camera.
Imaging CCD: Records intensities of individual pixels for each wavelength in the data collection range.
תאורה ניתן להאיר את הדגימה ע"י אור לבן ויזיבילי או ע"י NIR או מגוון של אורכי גל מסויימים בהם נרצה להשתמש על מנת לאסוף נתונים.
ספקטרומטר אופטי הוא מכשיר מדידה אופטי לצפיה בספקטרום קרינה של גופים. שובר את האור לרכיבים.
אופטיקה הדמיה: איסוף החזרת מדגם או אורכי גל קרינה יחד עם כל אורכי גל התאורה.
מסנן מתכוונן: מאפשר רק אורך גל מתאים למסגרת תמונה מסוימת כדי להיות מזוהה על ידי המצלמה ספציפי.
ההדמיה CCD: שיאי עוצמות של פיקסלים בודדים עבור כל אורך גל בטווח איסוף הנתונים.

7. Introduction- Food Industry
Hyperspectral imaging use in the food industry for quality and safety evaluation and inspection.
Quality and safety is the key factor in modern food industry.
Currently conventional food measurement methods are destructive and inefficient.
Development of non-destructive and efficient measurement tool .
Optical sensing technologies.
להערכת איכות ובטיחות ופיקוח.
נכון להיום כל השיטות שמודדות איכות מזון אינן טובות. ופותח כלי מדידה יעיל ולא חודרני.

8. Two Technologies
A conventional imaging system or more specifically computer vision is a common technique for obtaining spatial information of the sample.
surface texture evaluation of food products and for surface defects detection in food inspection
Conventional spectroscopy system is a technique for evaluating chemical properties or characteristics of food products.
cannot cover a large area or a small area with high spatial resolution
מערכת הדמיה קונבנציונלית או לייתר דיוק ראייה ממוחשבת היא טכניקה נפוצה להשגת מידע המרחבי של המדגם בצורות של תמונות מונוכרומטי או צבע, מערכת הדמיה קונבנציונלית ולכן משמשת לצבע, צורה, גודל, הערכת מרקם פני שטח של מוצרי מזון ועבור פגמי שטח זיהוי בבדיקת מזון, אולם זה לא יכול לזהות או לזהות תכונות כימיות או מאפיינים ממוצר מזון.
מערכת ספקטרוסקופיה קונבנציונלית היא טכניקה להערכת תכונות כימיות או מאפיינים של מוצרי מזון. עם זאת, מערכת ספקטרוסקופיה קונבנציונלית אינו יכולה לכסות שטח גדול או אזור קטן עם רזולוציה מרחבית גבוהה. לכן הטכניקה אינה מספקת את המידע המרחבי אשר נדרש באופן קבוע ולבדיקה היא קריטי במזון.

9. The Main Features Integration
Hyperspectral imaging (or imaging spectroscopy) is based on two mature technologies of imaging and spectroscopy .
It can simultaneously acquire spatial and spectral information.
הדמיה היפרספקטראלית יכולה בו זמנית גם לרכוש מידע מרחבי וספקטרלי שהוא קריטי לאיתור של בטיחות מזון והערכה של תכונות איכות מזון.

10. Hyperspectral Imaging Technique
Schematic diagram of hyperspectral image (hypercube) for a piece
of meat.
Showing the relationship between spectral and spatial dimensions.
Every pixel in the hyperspectral image is represented by an individual spectrum containing information about chemical composition at this pixel.
Spatial – מרחבי.
Spectral – לאורך.

11. Hypercube
In this hypercube, each spectral pixel corresponds to a spectral signature (or spectrum) of the corresponding spatial region.
The measured spectrum indicates the ability of the sample in absorbing or scattering light, representing chemical properties of a sample.
Hyperspectral imaging is a technique to provide the answer to the question of where is what.
בהייפרקוב כל פיקסל ספקטרלי מותאם לחתימה ספקטרלים (ספקטרום) של איזור מרחב מתאים. הקלטת הספקטרום המדוד של כל הנקודה במרחב ההדמיה.
הספקטרום הנמדד מהווה אינדיקציה על ה"יכולת" של הדגימה לספוג\לפזר אור קיים ועל סמך זה נוכל לאמוד את התכונות הכימיקליות של הדגימה.
HSI עונה על 2 שאלות איפה ומה?! כאשר הדמיה דיגיטלית עונה על שאלת ה"איפה" וההדמיה הספקטרוסקופית עונה על שאלת ה"מה"?!

12. Applications

13. Hyperspectral Imaging and Food Industry
HSI can be applied to numerous areas of food industry:
Bruise Detection of Apples
Fish Freshness
Citrus Fruit Inspection
Sugar Distribution of Melons
Sorting potatoes
HSI יכול להיות מיושם על תחומים רבים של חקירה משפטית:
ניתוח מסמכים נחקר , חקירת הצתה , כתם הדם ויזואליזציה , השוואת סיבים ,ויזואליזציה שאריות אבק השריפה ,בחינת סרט דביקה
שיפור טביעת אצבע ,ויזואליזציה פלייט TLC

14. Bruise Detection of Apples
Development of an automated bruise detection system will help the fruit industry to provide :
Better fruit for the consumer .
Reduce potential economic losses.
Bruising normally happens to the tissue beneath the fruit skin.
זיהוי חבלות בתפוחים.
חבורות בדרך כלל קורות לרקמות שמתחת לעור הפרות.
לאחר רקמת הפרי פגום, התאים שלו בתחילה מלאים במים ולהפוך את החום.כזמן עובר, את התאים הפגועים מתחילים לאבד לחות ובסופו של דבר הפך מיובש.

15. Bruise Detection of Apples
The bruise damages of apples are normally due to impact, compression, vibration, or abrasion during handling.
The impact bruise may not be visible immediately when the impact applies.
The symptom appears after a certain period of time.
Early detection of such impact
bruise is needed in order to
improve the product quality.
Therefore…
הניזקים נחבלים של תפוחים הם בדרך כלל כתוצאה מפגיעה, דחיסה, רטט, או שפשוף במהלך טיפול.
חבורת ההשפעה לא יכולה להיות גלויה באופן מיידי כאשר חלה ההשפעה.הסימפטום מופיע לאחר פרק זמן מסוים.
לכן הגילוי המוקדם של חבורת השפעה כזאת נחוץ על מנת לשפר את איכות המוצר.

16. Bruise Detection of Apples – HIS System
A hyperspectral imaging system developed for the study.
The system mainly consisted of :
An InGaAs area array camera (Sensors Unlimited,Princeton, N.J.) covering the spectral range between 900 nm and 1700 nm.
An imaging spectrograph attached to the camera.
A 25 mm focal length TV Lens
Computer.

17. Course Of Events … The light beam entered the spectrograph
It was dispersed into different directions according to wavelength.
The dispersed light was then mapped onto the InGaAs detector .
resulting in a two–dimensional image, one dimension representing the spectral axis and the other the spatial information for the scanning line.
By scanning the entire surface of the fruit.
three–dimensional hyperspectral image cube was created, where two dimensions represented the spatial information and the third represented the spectral information.
מהלך הדברים:
-קרן האור נכנסה לספקטרוגרף.
-היא מתפשט לכיוונים שונים על פי אורך גל תוך שמירת מידע מרחביה.
-האור המפוזר ממופה ע"י גלאי המצלמה InGaAs, וכתוצאה מתמונה דו ממדית, ממד אחד מייצג את ציר הספטרלי והשני את המידע המרחבי לקו הסריקה.

18. Principal component transform (PC) ורעש שבריר התמרה מינימאלית (MNF) הן שתי טכניקות נפוצות לחילוץ תכונות שימושיות מתמונות היפרספקטרליות.
  שני הטכניקות נועדו למקסם את תכונות תמונה עם מספר מינימאלי של מרכיבים עצמאיים באמצעות שינוי אורתוגונליים של נתוני התמונה המקורית.
MNF ההתמרה נוספת מניחה כי התמונה היפרספקטראלית המקורית מכילה גם אות ורעש, ועל ידי הפרדתן לפני ביצוע ההמרה, אנחנו יכולים להשיג תכונות תמונה משופרות.

19. R הוא ההחזרה היחסית.

20. Fish Freshness
Using hyperspectral imaging as a method to provide an objective and qualitative evaluation of the state of the fish freshness.
מחקר שבוצע להשתמש הדמיה היפרספקטראלית כשיטה לספק הערכה אובייקטיבית ואיכותית של מדינת רעננות הדגים.

21. Fish Freshness
The study focused on establishing a correlation between the spectral reflectance of selected areas of the epidermis and the time of storage in standard refrigeration.
Hyperspectral imaging provide a valid contribution in relation to the monitoring of the organoleptic properties of fish production during all steps along the production chain.
- המחקר התמקד בהקמת קשר בין ההחזרה הספקטרלית של אזורים נבחרים של האפידרמיס והזמן של אחסון בנהלי קירור סטנדרטיים.
אפידרמיס - עילית העור הינה שכבת התאים החיצונית ביותר ביצורים רב- תאים.
הדמיה היפרספקטראלית תספק תרומה תקפה ביחס לניטור של מאפייניorganolectic של ייצור דגים במהלך כל השלבים לאורך שרשרת ייצור.
מאפייני organoleptic הם היבטים של מזון או חומרים אחרים כמו חווה על ידי חושים, כולל טעם, מראה, ריח ומגע, במקרים שבם יובש, לחות ומעופשת לגורמים טריים הם להילקח בחשבון.

22. Citrus Fruit Inspection
Citrus fruit is another type of fruits that require early detection.
A small number of fruit that infected by fungi can spread the infection to a whole consignment of citrus fruit.
HIS technique allows studying the reflectance of defects and other regions of interest in particular wavelengths.
Important for early rot detection.
פיקוח פרי הדר
-פרי הדר הוא סוג נוסף של פרות הדורשים גילוי מוקדם.
-בשל העובדה שמספר קטן של פרות שנדבקו על ידי פטריות יכול להפיץ את הזיהום לכל משלוח של פרי הדר.( בעיה זו היא חמורה אף יותר אם הפרות מאוחסנים לתקופה ארוכה של זמן או במהלך הובלה ארוכת טווח ליצוא).
- הטכניקת תמונה היפרספקטראלית מאפשרת ללמוד ההחזרה של פגמים ואזורים אחרים בעלי עניין באורכי גל מסוימים, הוא נחקר ככלי חשוב לבדיקת האיכות של פרותי הדר, הוא חשוב במיוחד לאיתור ריקבון מוקדם.

23. Citrus Fruit Inspection

24. Sugar Distribution of Melons
Using HSI to predict the sugar content distribution in melons.
It was found that the absorbance at 676 nm was close to the absorption band of chlorophyll and exhibited a strong inverse correlation with the sugar content.
Each pixel of the absorption image was converted, a color distribution map of the sugar content.
הפצת סוכר של מלונים
הוא להשתמש בו כדי לחזות את הפצת תוכן סוכר במלונים.
נמצא כי הצפיה ב676 ננומטר הראת שספיגת כלורופיל נמצאת בקורולציה הפוכה חזקה לרמות הסוכר במילון.
כל פיקסל של תמונת ספיגה הומר, מפת חלוקת צבע של תכולת סוכר.

25. Sugar Distribution of Melons

26. Sorting potatoes – HELIOS EC3 system
The new technology, EC3, is meant as a bridging of spectroscopy and industrial image processing.
EC3 systems were specially designed for system integrators.
Can be easily configured for various materials (e.g. different plastics, minerals, food, ...) and the information of that materials are provided color coded.
Following these "chemical color information" can be easily processed by standard image processing methods.

27. Sorting potatoes Detection sugar potatoes with chemical imaging.
Detection sugar potatoes with chemical imaging.
During the scan detects molecules in the potatoes that responding differently.
Meaning percentage of sugar and liquids different than normal.
The chemical information transformed into the color space ,so EC3 could be integrated it to hypercube.
By the hypercube it will be possible to detect defect potatoes.
- המכשיר מסמלץ איתור תפוחי אדמה עם כמות סוכר מסויימת (מעיד על נזק).
- במהלך הסריקה מזהה הרכב מולקולרי בתפוח האדמה אשר שונה מהרגיל (כלומר אחוז הסוכר והנוזלים שונים מרגיל).
כלומר מתבצע איתור הסוכר בתפוחי האדמה עם הדמיה כימית.
המידע הכימי הופך למרחב הצבע, כך EC3 יכול להיות משולב זה לHypercube.
על ידי Hypercube ניתן יהיה לזהות פגם תפוחי אדמה.

28. Benefits of HSI in food Industry
The application of an HSI system will, perhaps, be accelerated in the field of food safety.
Public health officials realized benefits of spectral imaging in the food industry, including:
Shorter detection times.
Acquisition of a unique spectra for bacteria, permitting for more accurate results .
Monitoring the production of a large quantity of foods.
Bottom Line non-destructive, quality and safety evaluation , inspection and economic.
- היישום של מערכת HSI יהיה, אולי, להיות מואץ בתחום בטיחות מזון.
- פקידי בריאות הציבור הבינו יתרונות של הדמית רפאים בענף המזון, ובכלל זה:
 זמני זיהוי קצרים יותר
 רכישת ספקטרום ייחודי לחיידקים, ומאפשרת קבלת תוצאות מדויקות יותר
 ניטור הייצור של כמות גדולה של מזון
-שורה התחתונה לא הרסנית, איכות ובטיחות הערכה, פיקוח וכלכלי.

29. Introduction- Forensic Science
Infrared chemical imaging and Raman chemical imaging have enormous potential in forensic science.
because of their greater chemical specificity (compared with UV-visible chemical imaging techniques).
Infrared (or Raman) spectra can be used to precisely identify materials in a heterogeneous sample.
אינפרא האדום כימית ההדמיה וראמאן הכימי ההדמיה יש פוטנציאל עצום במדע זיהוי פלילי -> בגלל ספציפי הכימי הגדולות יותר שלהם בהשוואה לשיטות הדמיה כימית-UV לעין.
ספקטרום אינפרא אדום (או ראמאן) יכול לשמש לזהות במדויק חומרים בדגימה הטרוגנית;
תערובת הטרוגנית: חומר שבו הרכיבים לא מעורבבים בצורה שווה אין קשרים כימים (החומרים לא מתערבבים אחד עם השני).

30. Hyperspectral Imaging and Forensic Science
HSI can be applied to numerous areas of forensic investigation:
Questioned Document Analysis
Arson Investigation
Bloodstain Visualization
Fiber Comparison
Gun Powder Residue Visualization
Duct Tape Examination
Fingerprint Enhancement
TLC Plate Visualization
HSI יכול להיות מיושם על תחומים רבים של חקירה משפטית:
ניתוח מסמכים נחקר , חקירת הצתה , כתם הדם ויזואליזציה , השוואת סיבים ,ויזואליזציה שאריות אבק השריפה ,בחינת סרט דביקה
שיפור טביעת אצבע ,ויזואליזציה פלייט TLC

31. Questioned Document Analysis
HSI can be applied to comparisons of traditional handwritten documents as well as computer printed or copied documents to reveal dissimilarities between samples.
420
450
480
510
540
570
600
630
660
690
Wavelength (nm)
Intensity
Epsun ™ Sample
HP ® Sample
Top left: Hyperspectral image of two inkjet printer samples.
Bottom left: Spectral comparison of cyan ink droplets from the two inkjet samples.
Right: Hyperspectral image of two black ballpoint ink samples.
HSI ניתן ליישמו להשוואת מסמכים בכתב יד מסורתיים, כמו גם מסמכים מודפסים או העתיקו למחשב כדי לחשוף שוני בין דגימות.
למעלה משמאל: תמונה היפרספקטראלית של שני מדגם מדפסת הזרקת דיו.
משמאל למטה: השוואה ספקטרלית של טיפי דיו ציאן משני מדגם הזרקת הדיו. Y = עוצמה, x= אורך גל.
מימין: תמונה היפרספקטראלית של שתי דגימות דיו כדוריות שחורות.

32. Fire Investigation
HSI can detect µL size quantities of ignitable liquid residues on substrates, even weeks after their deposition. HSI visualizes the fluorescence of the dyes and additives in the residues that persist after the hydrocarbon components evaporate.
Week 1
Week 4
Week 3
Week 2
מיקרוליטר = 6-^10 = cubic millimetre = mm^3
חקירת שריפה
HSI מסוגל לזהות כמויות גודל μL של שאריות נוזליות דליקות על מצעים, אפילו שבועות אחרי ההדחה שלהם.
HSI מראה לעין (דימין) את הקרינה מהצבעים והתוספים בשאריות שהתמידו אחרי שמרכיבי ההידרוקרבון התאדו.
הידרוקרבון – תרכובות אורגניות המכילות אך ורק אטומי פחמן ומימן. (דוגמאת תרכובות : כוהל, שמן וכו).
- משמאל: תמונה היפרספקטראלית דיגיטלית וקרינה של בנזין 20μL על בד ג'ינס.
מימין: תמונות היפרספקטרליות של בנזין (20 μL) על 1-4 שבועות לאחר ג'ינס בתצהיר.
Left: Digital and fluorescence hyperspectral image of 20µL gasoline on denim fabric.
Right: Hyperspectral images of gasoline (20 µL) on denim 1-4 weeks after deposition.

33. Bloodstain Visualization
HSI can visualize contrast between bloodstains and dark substrates. Individual droplets can also be imaged in a magnified view to determine the shape of the droplet.
Left: Digital image of a piece of black fabric containing bloodstains
which cannot be seen with the unaided eye.
Middle: Hyperspectral image of blood droplets on the black fabric.
Right: Magnified view of blood droplets on black fabric.
כתם הדם ויזואליזציה
HSI יכול לדמיין ניגוד בין כתמי דם ומצעים כהים.
בפרט טיפות בודדות יכולות גם להיות מצולמות בתצוגה מוגדלת כדי לקבוע את הצורת הטיפה.
שמאל: תמונה דיגיטלית של פיסת בד שחור שהכיל כתמי דם שלא ניתן לראות בעין בלתי מזוינת.
אמצע: תמונה היפרספקטראלית טיפי דם על הבד השחור.
 מימין: הגדלה טיפי דם על בד שחור. (0.01 cm)

34. Fiber Comparison
HSI can collect both reflectance and fluorescence data of fibers being compared to determine if there are any differences in intensity between dye components.
420
450
480
510
540
570
600
630
660
690
720
Wavelength (nm)
Intensity
השוואת סיבים
HSI יכול לאסוף גם את ההחזרה ונתוני קרינה של סיבים המושווים כדי לקבוע אם יש הבדלים בעצמה בין מרכיבי צבע.
משמאל: השוואה בין תמונות היפרספקטרליות קרינה של סיבים דומים.
מימין: ספקטרום קרינה של שני הסיבים.
Left: Comparison of fluorescence hyperspectral images of similar fibers.
Right: Fluorescence spectra of the two fibers.

35. Gun Powder Residue Visualization
HSI can visualize the fluorescence of gun powder residue directly on a dark or patterned substrate.
ויזואליזציה שאריות אבק השריפה
HSI יכול לדמיין את הקרינה של שאריות אבק שריפה ישירות על מצע כהה או מדוגם.
משמאל: תמונה דיגיטלית של פיסת בד שחור המכילה שאריות אבקת אקדח על פני השטח שלו.
מימין: תמונה היפרספקטראלית פלואורסצנטי של שאריות אבק שריפה על הבד השחור. (10mm)
פלואורסצנטי - התכונה של הפקת אור בעקבות חשיפה להקרנה חיצונית או להפצצת חלקיקים.
Left: Digital image of a piece of black fabric containing gun powder residue on its surface.
Right: Fluorescence hyperspectral image of gun powder residue on the black fabric.

36. Duct Tape Examination
HSI can aid in the examination of intact duct tape by providing fluorescence data for the adhesive, backing, and scrim of the tapes.
Nashua 357 Duct Tape
Polyken 223 Duct Tape
Tough Stuff
Duct Tape
3M Cloth Duct Tape
450
480
510
540
570
600
630
660
690
720
750
Wavelength (nm)
Intensity
בחינת ניר דביקה
HSI יכול לסייע בבדיקה של סרט דביק בשלמות על ידי מתן נתוני קרינה לדבק, הגיבוי, וסקרים של הקלטות.
משמאל: תמונה היפרספקטראלית פלואורסצנטי של ארבע קלטות דביקות שונות, צד דבק.
מימין: ספקטרה מארבע הקלטות הדביקות מושווה
Left: Fluorescence hyperspectral image of four different duct tapes, adhesive side.
Right: Spectra of the four duct tapes being compared: Tough Stuff (red), Polyken (blue),
Nashua 357 (green), and 3M Cloth (yellow).

37. Fingerprint Enhancement
HSI can produce images with increased contrast between both treated and untreated fingerprints and the substrate on which they are placed, revealing ridge detail that was not previously discernible.
שיפור טביעת אצבע
HSI יכול להפיק תמונות עם ניגודיות מוגברת בין שתי טביעות אצבעות שטופלו ומטופלים ואת המצע שעליו הם הונחו
,פירוט חושפני שלא היה בעבר מובחן.
משמאל: תמונה דיגיטלית והיפרספקטראלית של טביעת אצבע סמויה לא מטופלת על מצע נייר לבן.
מימין: תמונה דיגיטלית וטביעת אצבע של היפרספקטראלית ninhydrin מפותחת בעיתון.
Ninhydrin הוא הנפוץ ביותר לזיהוי טביעות אצבעות.
Left: Digital and hyperspectral image of an untreated latent fingerprint on white paper substrate.
Right: Digital and hyperspectral image of a ninhydrin-developed fingerprint on newspaper.

38. TLC Plate Visualization
HSI, using both fluorescence and white light reflectance, can reveal additional features on TLC plates.
ויזואליזצית צלחת (ציפה) TLC
Top: Digital image of a TLC plate containing extracts of black ballpoint inks. Bottom: Fluorescence hyperspectral comparison of two black ballpoint
inks. HSI is capable of visualizing additional discriminating features.

39. Benefits of HSI in Forensics
HSI provides both digital and spectral data
HSI a versatile technology and can be applied to numerous forensic analyses
HSI can be used in conjunction with traditional examination methods
HSI results are intuitive to interpret for both the scientist and the jury
HSI is nondestructive and requires little to no sample preparation
Additional multivariate processing steps can be applied to HSI data without re-examining the evidence itself
HSI מספק שני נתונים דיגיטליים ורפאים
HSI טכנולוגיה ותכליתית יכולה להיות מיושמת על ניתוחים משפטיים רבים
HSI יכול לשמש בשילוב עם שיטות בדיקה מסורתיות
תוצאות הסי הן אינטואיטיבי לפרש עבור המדען וחבר המושבעים
HSI הוא הורס ודורש לא מעט הכנת מדגם
ניתן ליישם צעדים נוספים לעיבוד רבים משתנים נתוני HSI ללא ראיות בוחנות מחדש את עצמו

40. Introduction - Medical Diagnoses
Disease prevention and early disease detection are both paramount to maintaining good health.
Early detection lead to effective therapy.
can applied to avoid permanent damage.
An application of hyperspectral analysis could provide early detection of various types of cancer or retinal disease.
In addition, hyperspectral imaging system could be used to test for infection or abnormalities in bodily fluids (blood, urine, semen) and to determine blood and oxygen levels in tissue, especially during surgery.
-מניעת מחלות וגילוי המוקדם של מחלה הן גם בעל חשיבות עליונות לשמירה על בריאות טובה.
- אם הגילוי מוקדם נקבע באופן מדויק, טיפול יעיל יכול ליישם כדי להימנע מניזק בלתי הפיך.
 -יישום של ניתוח היפרספקטראלית יכול לספק גילוי מוקדם של סוגים שונים של סרטן או מחלת רשתית.
בנוסף, מערכת הדמיה היפרספקטראלית יכולה לשמש לבדיקת זיהום או ליקויים בנוזלי גוף (דם, שתן, זרע) ולקבוע דם ורמות חמצן ברקמות, במיוחד במהלך ניתוח

41. Hyperspectral Imaging and Medical Diagnoses
HSI can be applied to numerous areas of medical diagnoses:
Diabetic Foot Ulcers
Normal and Malignant Colon Tissue
HSI יכול להיות מיושם על תחומים רבים של חקירה משפטית:
ניתוח מסמכים נחקר , חקירת הצתה , כתם הדם ויזואליזציה , השוואת סיבים ,ויזואליזציה שאריות אבק השריפה ,בחינת סרט דביקה
שיפור טביעת אצבע ,ויזואליזציה פלייט TLC

42. Healing of Diabetic Foot Ulcers
Hyperspectral imaging of the feet of two diabetic patients was performed before, during, and after they developed foot ulcer.
The present study examined the temporal changes observed before the ulcer became apparent to the naked eye until it healed and closed.
Variables of interest were local epidermal thickness, dehoxyhemoglobin, oxyhemoglobin, as well as oxygen saturation.
מעקב אחרי תהליך ריפוי רגל סכרתית.

43. Healing of Diabetic Foot Ulcers

44. Healing of Diabetic Foot Ulcers -Conclusion
This study showed that epidermal thickening and decrease in oxyhemoglobin concentration can be detected non-invasively prior to ulceration at pre- ulcerative sites.
The algorithm was also able to observe reduction in the epidermal thickness combined with an increase in oxyhemoglobin concentration around the ulcer as it healed and closed.
This methodology can be used for early prediction of diabetic foot ulceration in a clinical setting.

45. Hyperspectral Analysis of Normal and Malignant Colon Tissue
Evaluate the diagnostic efficiency of hyperspectral microscopic analysis of normal and neoplastic colon biopsies prepared as microarray tissue.
Analytic algorithm.
רקמות מעי הגס.
- להעריך את יעילות האבחון של ניתוח HSI מיקרוסקופית של דגימות מעי גס נורמליות וגידולים חדשים שהוכנו כרקמת microarray.

46. Mathematical Algorithms
Data Preprocessing and Normalization
De-noise the original 128 spectra.
Normalize the pixel spectra.
Tissue Type Classification
The first step is to differentiate among tissue types: gland nuclei &
cytoplasm, and lamina propria.
Algo 1 :
Local Discriminant Bases
This algorithm identifies spectral
features that discriminate between
the tissue types and projects the
spectra onto these features.
- נתונים קדם תהליכי ונירמול: *ניקוי המידע מרעשים. *נירמול הפיקסל
קלסיפיקציית סוגי רקמות: הצעד הראשון הינו להבדיל ביון סוגי הרקמות : גרעין,ציטופלסמה למינה פרופריה (שכבת רירית מיוחדת).
בסיסי הבחנה מקומיים: האלגוריתם הנ"ל מזהה תכונות ספקטרליות אשר מבחינות בין סוגי הרקמות ופרוייקטי ספטרה על גבי התכונות הנ"ל.
Projection of the normal training set onto these
tissue features: nuclei (red), cytoplasm (green) lumens/lamina propria (blue).

47. Mathematical Algorithms
Nearest-Neighbor classification
This algorithm acts on that projection and classifies each spectrum as one of the tissue types

48. Normal and Malignant Colon Tissue
Spectral classifier on nuclei.
Normal (left 2 cols) :
GREEN – true negative (normal classified as normal);
BLUE – indeterminate
RED – false positive (normal classified as abnormal)
Abnormal (right 2 cols):
GREEN – false negative (abnormal classified as normal)
RED – true positive (abnormal classified as abnormal).

49. [1] References
Da-Wen Sun, “Hyperspectral Imaging Technology: A Non-Destructive Tool for Food Quality and Safety Evaluation and Inspection “, Food Refrigeration & Computerised Food Technology, University College Dublin, National University of Ireland, Agriculture & Food Science Centre, Belfield, Dublin 4, Ireland .
R. Lu, “Detection of Bruises on Apples using Near-Infrared Hyperspectral Imaging”.
ChemImage Corporation ChemImage Products and Services are protected by U.S. and International issued and pending patents. “Hyperspectral Imaging and Forensic Science”.

50. [2] References
R. Padoan, Th.A.G. Steemers, M.E. Klein, B.J. Aalderink, G. de Bruin, “Quantative Hyperspectral Imaging of Historical Documents , Technique and Applications”, National Archive of The Netherlands Postbus 90520, 2509 LM The Hague, The Netherlands
G L Davis2, M Maggioni1, F J Warner1, F B Geshwind, A C Coppi, RADeVerse, R R Coifman1, “Hyper-Spectral Analysis of Normal and Malignant Colon Tissue Microarray Sections Using a Novel DMD System”, Departments of Mathematics and Pathology, Program in Applied Mathematics; Yale University, New Haven, CT and Plain Sight Systems, Hamden, CT.
Franco Woolfe, Mauro Maggioni, Gustave Davis, Frederick Warner, Ronald Coifman, and Steven Zucker, “Hyper-spectral microscopic discrimination between normal and cancerous colon biopsies”.