Hiperspektral Uzaktan Algılama Nedir? Teknik Özellikler, Uygulamalar

August 23, 2024

Hiperspektral uzaktan algılama, uzaktan algılama teknolojisinin mevcut sınırıdır, ilgili verileri elde etmek için çok dar elektromanyetik dalga bantlarının kullanılması, bir devrim olan uzamsal, radyometrik ve spektral üçlü bilgi zenginliği içerir. Uzaktan algılamada, ancak veri işleme ve bilgi analizi tekniklerinde temel bir değişikliğe neden oldu, böylece tespit edilemez materyalde geniş bant uzaktan algılamadaki orijinal, hiperspektral uzaktan algılamada tespit edilebilir. Peki hiperspektral nedir? Güneşin görünür bandı ile başlar.

Dünya neden renkli?

İster gökyüzünün güneyinde ister mevsimlerin değişimi olsun, neden dünyanın bu kadar renkli olduğunu düşünüyoruz? Yağmurlu bir günden sonra temizlenen gökkuşağı cevabı çözmemize yardımcı olabilir. Güneş ışığı aslında karışık renkli ışıktır, havadaki su damlacıklarının saçılması, gözlerimizin algılayabileceği tüm renkleri oluşturan renkli monokromatik ışığa ayrılır, ışığın bu kısmı güneşin görünür dalga boyları olarak tanımlanır.

Buna ek olarak, güneş ışığı da ultraviyole ve kızılötesi dalga boylarında ışık içerir. Bununla birlikte, insan gözlerimize aynı ışık rengi de, insan gözlerinin ayırt edilmesi sınırının çok ötesinde binlerce bant içeren karmaşık bir ışık rengidir. Aynı zamanda, farklı nesneler farklı elemanlardan ve bileşiklerinden oluşur, malzemenin yapısı da farklıdır, bu da nesnenin yüzeyine yansıyan veya dağılmış ışığın dalga boyuna yol açar; Farklı ışık yansıması veya saçılma yeteneğinin farklı durumlarındaki farklı nesneler farklıdır, ancak aynı zamanda nesnenin farklı bir renk veya spektral özelliklere sahip olmasını sağlar, tıpkı “parmak izi” bilgileri gibi parmak izleri gibi, özellikleri ve atmosferik bileşimi ayırt edebilir, iyi bir yol. Maddelerin bu tür benzersiz spektral özellikleri, uzaktan algılama bilimindeki farklı nesnelerin özelliklerini tanımlamak ve analiz etmek için temel oluşturur.

different bands of sunlight

Farklı dalga boyu bantlarında doğru bir şekilde ışık bilgileri elde etmek için, uyduların optik uzaktan sensörleri art arda çok spektrumlu görüntüleme teknolojisini ve hiperspektral görüntüleme teknolojisini, nesnelerden yansıtılan veya dağıldığı, filtreler yoluyla belirli dalga boyu ışık bantlarına ayrıldığı, hiperspektral görüntüleme teknolojisini benimsemiştir. Prizmalar, ızgaralar ve diğer ışık bölme cihazları ve hedefler tanımlanır ve uzaktan algılama, yerden veya atmosferik yansıma veya saçılmadan alınan spektral özellik bilgileri temelinde ölçülür.

Başlangıçta, zeminin uzaktan algılaması, genellikle sadece birkaç kanal olan çok spektrumlu bir görüntüleme teknolojisi sistemi kullandı, her kanal on nanometre genişliğinde dalga boyları ile optik bilgiler içerir ve hem kızılötesi hem de ultraviyole yönlerde spektral algılama kapasitesini gerçekleştirebilir. Bununla birlikte, farklı durumlardaki benzer nesneler veya nesneler için, yansıtma spektrumlarının karakteristik zirveleri genellikle benzerdir, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, dört ağaç türünün karakteristik pikleri 960 nanometrede sadece biraz farklıdır ve Farklı ağaç türlerinin kategorileri arasında ayrım yapmak, on nanometreden daha az spektral çözünürlük gereklidir; Örneğin, kayaların sınıflandırılması ve tanımlanması, mahsullerde zararlıların ve hastalıkların ortaya çıkması için toprak, tarım için yenilenmiştir ve örneğin, kayaların, mahsul zararlıları ve tanımlanması ve tanımlanması için flora veya siyanobakterilerin salgınları, Hastalıklar, toprak yenileme ve yetiştirme, su çiçekleri veya siyanobakteri salgınları, hava kirliliği ve diğer problemler, spektrumlara sadece birkaç nanometrede yansıtılan, geleneksel çok spektral tespit araçları aşırı gerilir ve tanımlama başarı oranı yüksek değildir. .

1970'lerde hiperspektral uzaktan algılama teknolojisinin geliştirilmesinin başlangıcında, optik uzaktan algılama alanı devrimci değişiklikler yapıldı ve yavaş yavaş popüler bir sınır teknolojisi alanı oluşturdu. Hiperspektral Uzaktan Algılama Teknolojisi, iki boyutlu geometrik alanı ve hedefin tek boyutlu spektral bilgilerini tespit etmek ve sürekli, dar bant elde etmek için görüntüleme teknolojisini spektral teknolojiyle birleştiren birçok dar bant görüntü verisine dayanan bir teknolojidir. Yüksek spektral çözünürlüklü görüntü verileri. Hiperspektral görüntüleme teknolojisi hızla gelişmektedir ve yaygın olanlar arasında ızgara spektroskopisi, akusto-optik ayarlanabilir filtre spektroskopisi, prizma spektroskopisi ve çip kaplama bulunmaktadır.

Hiperspektral uzaktan algılamanın teknik özellikleri nelerdir?

Hiperspektral （ Hiperspektral Kamera ） Tek kanallı bant dardır, spektral çözünürlüğü nanometre (NM) büyüklük (genellikle 10 nm'den az), düzinelerce veya hatta yüzlerce daha fazlasına kadar spektral kanal sayısı kadar yüksektir, elde etmek için Görünür, kızılötesi, orta kızılötesi ve termal kızılötesi dalga bant ve hiperspektral veri toplama aralığında gerçekleştirilebilen sürekli spektral verilerin sürekli malzeme yansıması / saçılması.

Hedefleri renk farklılıklarına göre ayırt etmek için geleneksel çok spektral uzaktan algılama teknolojisinden ayırt edilen hiperspektral uzaktan algılama teknolojisi, spektral boşlukta ayrı örnekleme elde edebilir ve ayırt edilebilen hedefler genellikle su kütleleri gibi spektral boşluklarda belirgin farklılıklara sahip olanlardır. , bitki örtüsü ve çıplak zemin. Hiperspektral uzaktan algılama, hedefin iki boyutlu uzamsal bilgilerini ve üçüncü boyutlu spektral bilgileri aynı anda elde edebilen ve malzemenin bileşim bilgilerini morfolojisi aracılığıyla analiz edebilen görüntüleme teknolojisini ve spektral teknolojiyi birleştiren çok boyutlu bir bilgi edinme teknolojisidir. Hedefi tanımlamak için spektral eğriler ve aynı tür özelliklerin farklı kategorilerini ayırt edebilen hedef özellikleri tanımlamaktadır. Farklı uygulama senaryolarına göre, spektrumun seçiciliği esnek ve çeşitlendirilmiş hale gelir, bu da özellikleri ayırt etme ve tanımlama yeteneğini geliştirir, aynı tür özelliklere ait farklı kategorileri etkili bir şekilde ayırır, “aynı tür özellikler için farklı spektrumları” fark eder ve “Aynı tür spektrum için farklı özellikler” ve farklı ağaç türlerinin fenomeni gibi özelliklerin spektral uzamsal karışıklığı fenomenini azaltır. Farklı ağaç türlerinin ve farklı minerallerin tanımlanması gibi özelliklerin spektral uzamsal karışıklığı olgusunu azaltabilir; Aynı zamanda, biyo-fiziksel ve kimyasal parametrelerin ekstraksiyonu ve klorofil A, lignin ve bitki örtüsünün selülozunun biyokimyasal analizi için hiperspektral veriler kullanılabilir.

Hiperspektral uzaktan algılama teknolojisinin geliştirilmesi, nitel analizden nicel veya yarı kantitatif dönüşüme kadar uzaktan algılamayı sağlar, geleneksel görüntüleme uzaktan algılama teknolojisinin ana uygulaması nitel analize dayanmaktadır, sonuçların doğruluğunun kantitatif analiz sonuçlarının bir kısmı değildir. Görüntüleme sensörünün spektral ve uzamsal çözünürlüğü, atmosferik ve toprak arka planının ve diğer sınırlamaların etkileşimi ile açıkça ilişkili olan ideal, hiperspektral çözünürlük görüntüleme, ilk olarak yüksek spektral çözünürlük uzaktan algılamasının spektral çözünürlüğünden geçer. Kantitatif analiz sonuçlarının doğruluğunun iyileştirilmesi için çok yararlı olan spektral boşluktaki diğer rahatsız edici faktörlerin etkisini büyük ölçüde baskılayan spektral çözünürlüğün sınırlandırılmasıyla kırılır.

Hiperspektral uygulamalar nelerdir?

Yüksek çözünürlüklü ve çok spektral görüntülerle karşılaştırıldığında, hiperspektral görüntüler yüksek spektral çözünürlüğe sahiptir ve özelliklerin neredeyse sürekli spektral özellik eğrilerini elde edebilen birçok banttır ve belirli bantlar hedef özellikleri vurgulama ihtiyacına göre seçilebilir veya çıkarılabilir; Nicelendirilmiş sürekli spektral eğri verileri, zengin radyometrik, uzamsal ve spektral bilgileri içeren ve çeşitli bilgilerin sentezi olan özelliklerin spektral mekanizma modeline görüntü sınıflandırmasının sokulması için koşullar sağlar. Zengin radyometrik, uzamsal ve spektral bilgiler içerir ve çeşitli bilgilerin kapsamlı bir taşıyıcısıdır. Hiperspektral görüntüler, jeomorfolojik haritalama, kaynak keşfi, tarımsal uzaktan algılama, çevresel uzaktan algılama, orman izleme, toprak uzaktan algılama, su rengi uzaktan algılama ve atmosfer bilimi alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

1. Özellik sınıflandırması için uzaktan algılama

Şekilde, dubai kıyı alanının hiperspektral uzaktan sensörler tarafından elde edilen, su kütleleri, binalar, yollar, çıplak toprak vb. Her ana kategoride 3 ~ 5 etkili alt kategoriye ayrılmıştır ve aynı zamanda uzak denizdeki gemilerin bilgilerini de tanıyabilir.

踩踩踩 .jpg

2. cevher keşfi

Hiperspektral uzaktan algılama teknolojisi jeolojik keşif için bir destek sağlayabilir. Elde edilen kayaların spektral eğrilerinin analizine dayanarak, mineral dağılım türleri ve yerin alanı bilinebilir. Şekil, hiperspektral uzaktan algılama verilerinin, Qinghai'nin dulan bölgesinde iki çeşit serisit ve klorit mineral bilgisini etkili bir şekilde çıkardığını ve MNF dönüşümünden sonra litoloji ve tektonik jeoloji bilgilerinin tanınmasını arttırdığını göstermektedir.

矿石 .jpg

3. Su ortamının uzaktan algılanması

Su bitkilerinin spektrumları ve su çiçekleri ile bitki örtüsü spektrumları arasındaki benzerlik nedeniyle, yaygın olarak kullanılan multispektral uzaktan algılama verilerinin su çiçeklerini ve su bitkilerini doğru bir şekilde tanımlaması zordur ve sadece hiperspektral uzaktan algılama verileri yakalayabilir. Su çiçeklerini ve su bitkilerini doğru bir şekilde tanımlamak için kompleks ve değişken su çiçekleri, su bitkileri ve su gövdesi arasındaki ayrıntılı spektral farklılıklar. Şekil, renkli çözünmüş organik maddeyi (CDOM), klorofil A (CHL-A) ve asılı katı konsantrasyonunu (TSM) açıkça tanımlayabilen uydu ile kaynaklanan hiperspektral uzaktan sensör tarafından elde edilen Yunnan Dianchi bölgesel su gövdesinin çevresel haritasını göstermektedir. su gövdesinde. Bu arada, Dianchi dışındaki küçük nehirlerin ve göllerin su kalitesi parametreleri de görüntüde açıkça tanınabilir.

矿石 .jpg

4. Atmosferik Uzaktan Algılama

Metan noktası kaynağı emisyonlarının uzaktan algılama izlemesi, Libya ve Amerika Birleşik Devletleri'nde optimize edilmiş metan kolon konsantrasyonu inversiyon algoritmalarına sahip hiperspektral uzaktan algılama verileri kullanılarak gerçekleştirildi. Şekil (a), Libya'daki Dor Marada petrol kuyusundan metan sızıntısının izlenmesinin sonuçlarını göstermektedir ve Şekil (B) Bölgedeki berrak bir metan emisyon tüyünü izleyin.