Hva er hyperspektral fjernmåling? Tekniske egenskaper, applikasjoner

August 23, 2024

Hyperspektral fjernmåling er den nåværende grensen til fjernmålingsteknologi, bruk av mange veldig smale elektromagnetiske bølgebånd fra gjenstanden for interesse for å få relevante data, inneholder et vell av romlig, radiometrisk og spektral trippelinformasjon, hvis utvikling er en revolusjon I fjernmåling, men også forårsaket en grunnleggende endring i databehandlings- og informasjonsanalyseteknikker, slik at originalen i bredbåndets fjernmåling i det uoppdagelige materialet, i hyperspektral fjernmåling kan oppdages. Så hva er hyperspektral? Det starter med det synlige båndet av solen.

Hvorfor er verden fargerik?

Enten det er sør for himmelen eller sesongskiftet, hvorfor føler vi at verden er så fargerik? Regnbuen som rydder opp etter en regnfull dag kan hjelpe oss med å løse svaret. Sollys er faktisk lys med blandet farge, gjennom spredning av vanndråper i luften er brutt ned i fargerikt monokromatisk lys, og utgjør alle fargene våre øyne kan oppfatte, denne delen av lyset er definert som solens synlige bølgelengder.

I tillegg til dette inneholder solens lys også lys i de ultrafiolette og infrarøde bølgelengdene. Imidlertid er den samme fargen på lys for våre menneskelige øyne også en kompleks lysfarge som inneholder tusenvis av bånd, som er langt utenfor grensen for menneskelige øyne å skille. Samtidig er forskjellige gjenstander sammensatt av forskjellige elementer og deres forbindelser, strukturen til materialet er også forskjellig, noe som fører til bølgelengden til det reflekterte eller spredte lyset på overflaten til objektet viser også spesifisitet; Ulike objekter i forskjellige tilstander med forskjellige bølgelengder av lysrefleksjon eller spredningsevne er annerledes, men gjør også at objektet har en annen farge eller spektrale egenskaper, akkurat som "fingeravtrykk som" fingeravtrykk "-informasjonen, kan skille funksjoner og atmosfærisk sammensetning i en fin måte. Slike unike spektrale egenskaper ved stoffer danner grunnlaget for å identifisere og analysere egenskapene til forskjellige objekter i fjernmålsvitenskap.

different bands of sunlight

For nøyaktig å skaffe lysinformasjon i forskjellige bølgelengdebånd, har de optiske fjernsensorene til satellitter suksessivt tatt i bruk multispektral avbildningsteknologi og hyperspektral avbildningsteknologi, der lys reflekteres eller spredt fra objekter er delt inn i spesifikke bølgelengdebånd av lys ved hjelp av filtre, Prismer, gitter og andre lys-splittende enheter, og mål blir identifisert og fjernmåling blir kvantifisert på grunnlag av den spektrale funksjonsinformasjonen mottatt fra bakken eller fra atmosfærisk refleksjon eller spredning.

Opprinnelig brukte fjernmåling av bakken et multispektralt bildeteknologisystem, ofte bare noen få kanaler, hver kanal inneholder optisk informasjon med bølgelengder titalls nanometer bredt, og kan realisere den spektrale deteksjonsevnen i både infrarøde og ultrafiolette retninger. For lignende objekter eller objekter i forskjellige tilstander, er de karakteristiske toppene i refleksjonsspektre vanligvis like, som vist på figuren nedenfor, de karakteristiske toppene til de fire trærne er bare litt forskjellige ved 960 nanometer, og for å kunne Skille mellom kategoriene av forskjellige treslag, er det nødvendig med en spektral oppløsning på mindre enn ti nanometer; For eksempel for klassifisering og identifisering av bergarter, forekomsten av skadedyr og sykdommer i avlinger, har jorda blitt renovert for jordbruk, og utbruddene av flora eller cyanobakterier, for eksempel for klassifisering og identifisering av bergarter, avlingsrev og skadedyr og Sykdommer, renovering av jord .

Med begynnelsen av utviklingen av hyperspektral fjernmålingsteknologi på 1970 -tallet, gjennomgikk feltet optisk fjernmåling revolusjonerende endringer og dannet gradvis et populært grenseteknologifelt. Hyperspektral fjernmålingsteknologi er en teknologi basert på veldig mange smalbånddata, som kombinerer bildeteknologi med spektral teknologi for å oppdage det todimensjonale geometriske rommet og endimensjonal spektral informasjon om målet, og for å oppnå kontinuerlig, smaltbånd Bildedata med høy spektral oppløsning. Hyperspektral avbildningsteknologi utvikler seg raskt, og de vanlige inkluderer gitterspektroskopi, akusto-optisk avstembar filterspektroskopi, Prism-spektroskopi og chipbelegg.

Hva er de tekniske egenskapene ved hyperspektral fjernmåling?

Hyperspektralt （ Hyperspektralt kamera ） Enkeltkanalsbånd er smalt, den spektrale oppløsningen er like høy som nanometer (nm) størrelsesorden (generelt mindre enn 10 nm), antall spektrale kanaler opp til dusinvis eller til og med hundrevis av mer, for å oppnå Kontinuerlig materialrefleksjon / spredning av kontinuerlige spektraldata, som kan realiseres i området synlig, nesten infrarød, midtinfrarød og termisk infrarød bølgelengdebånd og hyperspektral datainnsamling.

Utmerket fra den tradisjonelle multispektrale fjernmålingsteknologien for å skille mål basert på fargeforskjeller, kan hyperspektral fjernmålingsteknologi oppnå diskret prøvetaking i spektralt rom, og målene som kan skilles er generelt de som har åpenbare forskjeller i spektralt rom, for eksempel vannforekomster , vegetasjon og bar jord. Hyperspektral fjernmåling er en flerdimensjonal teknologi for informasjon om informasjon som kombinerer bildeteknologi og spektral teknologi, som samtidig kan skaffe seg den todimensjonale romlige informasjonen til målet og den tredje dimensjonale spektrale informasjonen, og analysere komposisjonsinformasjonen til materialet gjennom morfologien til De spektrale kurvene for å identifisere målet så vel som målfunksjonene, som kan skille forskjellige kategorier av samme type funksjoner. I henhold til forskjellige applikasjonsscenarier blir selektiviteten til spekteret fleksibelt og diversifisert, noe som forbedrer evnen til å skille og identifisere funksjoner, effektivt skiller forskjellige kategorier som tilhører samme type funksjoner, innser "forskjellige spektre for samme type funksjon" og og "Ulike funksjoner for samme type spekter", og reduserer fenomenet spektralt romlig forvirring av funksjonene, for eksempel fenomenet forskjellige treslag. Det kan redusere fenomenet spektral romlig forvirring av funksjoner, for eksempel identifisering av forskjellige trearter og forskjellige mineraler; Samtidig kan hyperspektrale data brukes til ekstraksjon av bi-fysiske og kjemiske parametere, og den biokjemiske analysen av klorofyll A, lignin og cellulose av vegetasjon.

Utviklingen av hyperspektral fjernmålingsteknologi gjør fjernmåling fra kvalitativ analyse til kvantitativ eller semikvantitativ transformasjon, den viktigste anvendelsen av tradisjonell avbildning av fjernmålingsteknologi er basert på kvalitativ analyse, en del av de kvantitative analyseresultatene av nøyaktigheten av resultatene er ikke ikke Ideell, som åpenbart er relatert til bildesensorens spektrale og romlige oppløsning, forstyrrelsen av atmosfærisk og jordbakgrunn og andre begrensninger, bryter den hyperspektrale oppløsningen avbildet fjernmåling først gjennom den spektrale oppløsningen av den ene grensen høy spektral oppløsning avbildning av fjernmåling først Bryter gjennom begrensningen av spektral oppløsning, noe som i stor grad undertrykker påvirkningen av andre urovekkende faktorer i det spektrale rommet, noe som er veldig nyttig for forbedring av nøyaktigheten av kvantitative analyseresultater.

Hva er hyperspektrale applikasjoner?

Sammenlignet med høyoppløselig og multispektrale bilder, har hyperspektrale bilder høy spektral oppløsning og mange bånd, som kan oppnå nesten kontinuerlige spektrale funksjonskurver for funksjoner, og spesifikke bånd kan velges eller ekstrahert i henhold til behovet for å fremheve målfunksjonene; De kvantiserte kontinuerlige spektralkurvedataene gir betingelser for innføring av bildeklassifisering i den spektrale mekanismemodellen til funksjonene, som inneholder rik radiometrisk, romlig og spektral informasjon, og er syntesen av en rekke informasjon. Den inneholder rik radiometrisk, romlig og spektral informasjon, og er en omfattende transportør av ulik informasjon. Hyperspektrale bilder er mye brukt innen feltene geomorfologisk kartlegging, ressursutforskning, fjernmåling av landbruksmessige, miljømessige fjernmåling, overvåking av skogbruk, fjernmåling, fjernmåling av vannfarge og atmosfærisk vitenskap.

1. Fjernmåling for funksjonsklassifisering

Figuren viser hyperspektrale data fra Dubai kystområde anskaffet av hyperspektrale fjernsensorer, som nøyaktig kan gjenkjenne informasjonen til hovedkategorier av funksjoner, for eksempel vannforekomster, bygninger, veier, bar jord osv., Gjennom funksjonsklassifisering, og kan være Delt inn i 3 ~ 5 effektive underkategorier i hver hovedkategori, og kan også gjenkjenne informasjonen om fartøyer i det fjerne havet.

踩踩踩 .jpg

2. Malmutforskning

Hyperspektral fjernmålingsteknologi kan gi et løft for geologisk utforskning. Basert på analysen av de spektrale kurvene til de oppnådde bergartene, kan typene mineralfordeling og stedet på stedet bli kjent. Figuren viser at de hyperspektrale fjernmålsdataene effektivt hentet ut to typer mineralinformasjon av serikitt og kloritt i Dulan -området i Qinghai, og etter MNF -transformasjon forbedrer det anerkjennelsen av litologi og tektonisk geologiinformasjon.

矿石 .jpg

3. Fjernmåling av vannmiljø

På grunn av den visse likheten mellom spektra av vannplanter og vannblomster og vegetasjonens spektre, er det vanskelig for de ofte brukte multispektrale fjernmålsdataene for å identifisere vannblomster og vannplanter nøyaktig, og bare de hyperspektrale fjernmålsdataene kan fange opp den Detaljerte spektrale forskjeller mellom komplekse og variable vann blomstrer, vannplanter og vannforekomsten, for å identifisere vannblomstene og vannplanter nøyaktig. Figuren viser miljøkartet over Yunnan Dianchi regionale vannforekomst ervervet av den satellittbårne hyperspektral fjernsensor, som tydelig kan identifisere den fargede oppløste organiske materien (CDOM), klorofyll A (CHL-A) og suspendert faststoffkonsentrasjon (TSM) i vannlegemet. I mellomtiden er vannkvalitetsparametrene til små elver og andre innsjøer enn Dianchi også tydelig gjenkjennelige i bildet.

矿石 .jpg

4. Atmosfærisk fjernmåling

Overvåkning av fjernmåling av utslipp av metanpunktkilde ble utført i Libya og USA ved bruk av hyperspektrale fjernmålingsdata med optimaliserte metan kolonnekonsentrasjonsinversjonsalgoritmer. Figur (a) viser resultatene av overvåking av metanlekkasje fra Dor Marada -oljebrønnen i Libya, og figur (b) viser resultatene av overvåking av metanlekkasje fra DCP -midtstrømsoljebrønnen i det permiske bassenget i USA, som kan nøyaktig kan Overvåk en klar metanutslippsplomme i regionen.