Vad är hyperspektral fjärravkänning? Tekniska egenskaper, applikationer

August 23, 2024

Hyperspektral fjärravkänning är den nuvarande gränsen för fjärravkänningstekniken, användningen av många mycket smala elektromagnetiska vågband från intresset för att få relevant data, innehåller en mängd rumsliga, radiometriska och spektrala trippelinformation, vars utveckling är en revolution Vid fjärravkänning, men också orsakade en grundläggande förändring av databehandlings- och informationsanalysstekniker, så att originalet i den breda bandets avkänning i det oupptäckta materialet, i hyperspektral fjärravkänning kan upptäckas. Så vad är hyperspektralt? Det börjar med det synliga bandet i solen.

Varför är världen färgglad?

Oavsett om det är söder om himlen eller förändringen av säsonger, varför känner vi att världen är så färgglad? Regnbågen som rensas upp efter en regnig dag kan hjälpa oss att lösa svaret. Solljus är faktiskt blandat färgljus, genom spridning av vattendroppar i luften bryts ned i färgglada monokromatiska ljus, som utgör alla färger som våra ögon kan uppfatta, denna del av ljuset definieras som solens synliga våglängder.

Utöver detta innehåller solens ljus också ljus i de ultravioletta och infraröda våglängderna. Emellertid är samma ljusfärg till våra mänskliga ögon också en komplex ljusfärg som innehåller tusentals band, som ligger långt bortom gränsen för mänskliga ögon för att skilja. Samtidigt består olika objekt av olika element och deras föreningar, materialets struktur är också annorlunda, vilket leder till våglängden för det reflekterade eller spridda ljuset på ytan på objektet visar också specificitet; Olika objekt i olika tillstånd med olika våglängder för ljusreflektion eller spridningsförmåga är olika, men gör också objektet har en annan färg eller spektraltegenskaper, precis som "fingeravtryck som" fingeravtryck "-informationen, det kan skilja funktioner och atmosfärisk komposition i ett fint sätt. Sådana unika spektrala egenskaper hos ämnen utgör grunden för att identifiera och analysera egenskaperna hos olika objekt i fjärravkänningsvetenskap.

different bands of sunlight

För att exakt få lätt information i olika våglängdsband har de optiska fjärrsensorer av satelliter successivt antagit multispektral avbildningsteknik och hyperspektral avbildningsteknik, där ljus reflekteras eller sprids från föremål är uppdelat i specifika våglängdsband med ljus med filter, filter, Prismor, gitter och andra ljusdelande enheter, och mål identifieras och fjärravkänning kvantifieras på grundval av den spektrala funktionsinformationen som mottas från marken eller från atmosfärisk reflektion eller spridning.

Ursprungligen använde fjärravkänning av marken ett multispektralt avbildningsteknologisystem, ofta bara ett fåtal kanaler, varje kanal innehåller optisk information med våglängder tiotals nanometer breda och kan förverkliga spektraldetekteringsförmågan i både infraröd och ultravioletta riktningar. För liknande objekt eller objekt i olika tillstånd är emellertid de karakteristiska topparna för deras reflektionsspektra vanligtvis lika, som visas i figuren nedan är de karakteristiska topparna för de fyra trädarterna bara något olika vid 960 nanometer, och för att visas Skillnad mellan kategorierna av olika trädarter krävs en spektral upplösning på mindre än tio nanometer; Till exempel, för klassificering och identifiering av bergarter, förekomsten av skadedjur och sjukdomar i grödor, har jorden renoverats för jordbruk och utbrott av flora eller cyanobakterier, till exempel för klassificering och identifiering av stenar, grödor och skador och utbrott Sjukdomar, markrenovering och odling, vattenblomning eller cyanobakterieutbrott, luftföroreningar och andra problem, som återspeglas i spektra endast i några få nanometer förändringar, de traditionella sätten för multispektral detektion är översträckt och identifieringsframgången är inte hög .

Med början av utvecklingen av hyperspektral fjärravkänningsteknik på 1970 -talet genomgick området för optisk fjärravkänning revolutionära förändringar och bildade gradvis ett populärt gränsteknologifält. Hyperspectral fjärravkänningsteknik är en teknik baserad på mycket många smalbandsbilddata, som kombinerar bildteknologi med spektral teknik för att upptäcka det tvådimensionella geometriska utrymmet och endimensionell spektralinformation för målet och för att få kontinuerlig, smalband Bilddata med hög spektral upplösning. Hyperspektral avbildningsteknik utvecklas snabbt, och de vanliga inkluderar gitterspektroskopi, akusto-optisk inställbar filterspektroskopi, PRISM-spektroskopi och chipbeläggning.

Vilka är de tekniska egenskaperna hos hyperspektral fjärravkänning?

Hyperspektral （ Hyperspektral kamera ） Enkanalsband är smalt, dess spektrala upplösning är så hög som nanometer (nm) storleksordning (i allmänhet mindre än 10 nm), antalet spektrala kanaler upp till dussintals eller till och med hundratals mer, för att få för att få för att få för att få för att få för att erhålla Kontinuerlig materialreflektion / spridning av kontinuerliga spektrala data, som kan realiseras inom området för synlig, nära infraröd, mitten av infraröd och termisk infraröd våglängdsband och hyperspektral datainsamling.

Skilda sig från den traditionella multispektrala fjärravkänningstekniken för att skilja mål baserade på färgskillnader, hyperspektral fjärravkänningsteknik kan uppnå diskret provtagning i spektralt utrymme, och de mål som kan särskiljas är i allmänhet de som har uppenbara skillnader i spektralt utrymme, såsom vattenkroppar , vegetation och bar mark. Hyperspectral Remote Sensing är en flerdimensionell informationsförvärvsteknik som kombinerar bildteknologi och spektralteknologi, som samtidigt kan förvärva den tvådimensionella rumsliga informationen för målet och den tredje dimensionella spektrala informationen och analysera kompositioninformationen för materialet genom morfologin hos målet De spektrala kurvorna för att identifiera såväl målet som målfunktionerna, som kan skilja olika kategorier av samma typ av funktioner. Enligt olika applikationsscenarier blir spektrumets selektivitet flexibel och diversifierad, vilket förbättrar förmågan att skilja och identifiera funktioner, effektivt skiljer olika kategorier som tillhör samma typ av funktioner, inser "olika spektra för samma typ av funktion" och "Olika funktioner för samma typ av spektrum" och minskar fenomenet med spektral rumslig förvirring av funktionerna, såsom fenomenet med olika trädarter. Det kan minska fenomenet med spektral rumslig förvirring av funktioner, såsom identifiering av olika trädarter och olika mineraler; Samtidigt kan hyperspektrala data användas för extraktion av bio-fysiska och kemiska parametrar och den biokemiska analysen av klorofyll A, lignin och cellulosa av vegetation.

Utvecklingen av hyperspektral fjärravkänningsteknologi gör fjärravkänning från kvalitativ analys till kvantitativ eller semikvantitativ transformation, är den huvudsakliga tillämpningen av traditionell avbildningsfjärrkontrollteknik baserad på kvalitativ analys, en del av de kvantitativa analysresultaten av noggrannheten i resultaten är inte är Idealisk, som uppenbarligen är relaterad till bildsensorns spektrala och rumsliga upplösning, störningen av atmosfärisk och markbakgrund och andra begränsningar, den hyperspektrala upplösningen avbildande fjärravkänning först bryter genom spektralupplösningen av den ena gränsen hög spektralupplösningsavbildning som förstärks först först bryter igenom begränsningen av spektral upplösning, som till stor del undertrycker påverkan av andra störande faktorer i det spektrala utrymmet, vilket är till stor hjälp för förbättringen av noggrannheten i kvantitativa analysresultat.

Vad är hyperspektrala applikationer?

Jämfört med högupplösta och multispektrala bilder har hyperspektrala bilder hög spektral upplösning och många band, som kan erhålla nästan kontinuerliga spektrala funktionskurvor för funktioner, och specifika band kan väljas eller extraheras efter behovet av att lyfta fram målfunktionerna; De kvantiserade kontinuerliga spektrala kurvdata ger villkor för introduktion av bildklassificering i spektralmekanismmodellen för funktionerna, som innehåller rik radiometrisk, rumslig och spektral information, och är syntesen av en mängd information. Den innehåller rik radiometrisk, rumslig och spektral information och är en omfattande bärare av olika information. Hyperspektrala bilder används allmänt inom områdena geomorfologisk kartläggning, resursutforskning, jordbruksavkännande, miljöfjärrkontroll, skogsbruksövervakning, markfjärrkontroll, vattenfärg fjärravkänning och atmosfärisk vetenskap.

1. Fjärravkänning för funktionsklassificering

Figuren visar hyperspektrala data från Dubai -kustområdet som förvärvats av hyperspektrala fjärrsensorer, som exakt kan känna igen informationen om huvudkategorier av funktioner, såsom vattendrag, byggnader, vägar, nakna jord, etc. genom funktionsklassificering och kan vara Delad i 3 ~ 5 effektiva underkategorier i varje huvudkategori och kan också erkänna informationen från fartyg i det avlägsna havet.

踩踩踩 .jpg

2. Malmutforskning

Hyperspektral fjärravkänningsteknik kan ge ett uppsving för geologisk utforskning. Baserat på analysen av de spektrala kurvorna för de erhållna klipporna kan de typer av mineralfördelning och området på platsen vara känt. Figuren visar att de hyperspektrala fjärravkänningsdata effektivt extraherade två typer av mineralinformation om sericit och klorit i Dulan -området i Qinghai, och efter MNF -omvandling förbättrar det erkännandet av litologi och tektonisk geologiinformation.

矿石 .jpg

3. Fjärravkänning av vattenmiljön

På grund av viss likhet mellan spektra för vattenväxter och vattenblomningar och spektra för vegetation är det svårt för de vanligt använda multispektrala fjärravkänningsdata att exakt identifiera vattenblomningar och vattenväxter, och endast de hyperspektrala fjärravkänningsdata kan fånga upp det Detaljerade spektrala skillnader mellan komplexa och variabla vattenblomningar, vattenväxter och vattenkroppen för att exakt identifiera vattenblommorna och vattenväxterna. Figuren visar miljökartan över Yunnan Dianchi regionala vattenkropp som förvärvats av den satellitburna hyperspektrala fjärrsensorn, som tydligt kan identifiera det färgade upplösta organiska materialet (CDOM), klorofyll A (CHL-A) och suspenderad fasta koncentration (TSM) i vattenkroppen. Samtidigt är vattenkvalitetsparametrarna för små floder och andra sjöar än Dianchi också tydligt kännbara i bilden.

矿石 .jpg

4. Atmosfärisk fjärravkänning

Övervakning av fjärravkänning av källutsläpp av metanpunkten genomfördes i Libyen och USA med användning av hyperspektrala fjärravkänningsdata med optimerad metankolonnkoncentration inversionsalgoritmer. Figur (a) visar resultaten av övervakning av metanläckage från Dor Marada -oljebrunnen i Libyen, och figur (b) visar resultaten av övervakning av metanläckage från DCP midstream oljebrunn i Permian bassängen i USA, som kan exakt kan Övervaka en tydlig metanemissionsplym i regionen.