Apakah Penginderaan Jauh Hyperspectral? Ciri Teknikal, Aplikasi

August 23, 2024

Penginderaan Jauh Hyperspectral adalah sempadan teknologi penginderaan jarak jauh semasa, penggunaan banyak gelombang gelombang elektromagnet yang sangat sempit dari objek yang menarik untuk mendapatkan data yang relevan, mengandungi banyak maklumat triple spatial, radiometrik dan spektrum, perkembangannya adalah revolusi Dalam penderiaan jauh, tetapi juga menyebabkan perubahan asas dalam pemprosesan data dan teknik analisis maklumat, supaya asal dalam penderiaan jauh jalur lebar dalam bahan yang tidak dapat dikesan, dalam penderiaan jauh hiperspectral dapat dikesan. Jadi apa itu hiperspektral? Ia bermula dengan band matahari yang kelihatan.

Mengapa dunia berwarna -warni?

Sama ada selatan langit atau perubahan musim, mengapa kita merasakan dunia begitu berwarna -warni? Pelangi yang dibersihkan selepas hari hujan dapat membantu kami menyelesaikan jawapannya. Cahaya matahari sebenarnya adalah cahaya warna bercampur, melalui penyebaran titisan air di udara dipecah menjadi cahaya monokromatik yang berwarna-warni, yang membentuk semua warna mata kita dapat dilihat, bahagian cahaya ini ditakrifkan sebagai panjang gelombang matahari yang kelihatan.

Di samping itu, cahaya matahari juga mengandungi cahaya dalam panjang gelombang ultraviolet dan inframerah. Walau bagaimanapun, warna cahaya yang sama kepada mata manusia kita juga merupakan warna cahaya yang rumit yang mengandungi beribu -ribu band, yang jauh melebihi batas mata manusia untuk membezakan. Pada masa yang sama, objek yang berbeza terdiri daripada unsur -unsur yang berbeza dan sebatiannya, struktur bahan juga berbeza, yang membawa kepada panjang gelombang cahaya yang tercermin atau bertaburan di permukaan objek juga menunjukkan kekhususan; Objek yang berbeza di negeri -negeri yang berlainan panjang gelombang yang berbeza dari refleksi cahaya atau keupayaan penyebaran adalah berbeza, tetapi juga menjadikan objek mempunyai ciri warna atau spektrum yang berbeza, seperti "cap jari seperti maklumat" cap jari ", ia dapat membezakan ciri -ciri dan komposisi atmosfera dalam cara yang baik. Ciri -ciri spektrum yang unik bahan -bahan itu membentuk asas untuk mengenal pasti dan menganalisis ciri -ciri objek yang berbeza dalam sains penderiaan jauh.

different bands of sunlight

Untuk mendapatkan maklumat ringan dengan tepat dalam jalur panjang gelombang yang berbeza, sensor jauh optik satelit telah berturut -turut mengadopsi teknologi pengimejan multispektral dan teknologi pengimejan hiperspektral, di mana cahaya dicerminkan atau bertaburan dari objek dibahagikan kepada jalur panjang gelombang tertentu dengan cara penapis, Prisma, gratings dan peranti pemisahan cahaya yang lain, dan sasaran dikenalpasti dan penderiaan jauh dikira berdasarkan maklumat ciri spektrum yang diterima dari tanah atau dari refleksi atmosfera atau penyebaran.

Pada mulanya, penderiaan jarak jauh menggunakan sistem teknologi pengimejan pelbagai spektrum, selalunya hanya beberapa saluran, setiap saluran mengandungi maklumat optik dengan panjang gelombang puluhan nanometer lebar, dan dapat merealisasikan keupayaan pengesanan spektrum dalam kedua-dua arah inframerah dan ultraviolet. Walau bagaimanapun, untuk objek atau objek yang sama di negeri -negeri yang berbeza, puncak ciri spektrum pemantulan mereka biasanya sama, seperti yang ditunjukkan dalam angka di bawah, puncak ciri -ciri empat spesies pokok hanya sedikit berbeza pada 960 nanometer, dan untuk untuk Membezakan antara kategori spesies pokok yang berlainan, resolusi spektrum kurang daripada sepuluh nanometer diperlukan; Sebagai contoh, untuk klasifikasi dan pengenalpastian batu, berlakunya perosak dan penyakit dalam tanaman, tanah telah diubahsuai untuk pertanian, dan wabak flora atau cyanobacteria, misalnya, untuk klasifikasi dan pengenalan batu, peros penyakit, pengubahsuaian tanah dan penanaman, mekar air atau wabak sianobakteria, pencemaran udara dan masalah lain, yang ditunjukkan dalam spektrum hanya dalam beberapa nanometer perubahan, cara tradisional pengesanan multispektral adalah overstretched, dan kadar kejayaan pengenalan tidak tinggi .

Dengan permulaan perkembangan teknologi penderiaan jauh hiperspectral pada tahun 1970 -an, bidang penginderaan jauh optik menjalani perubahan revolusioner dan secara beransur -ansur membentuk bidang teknologi sempadan yang popular. Teknologi Pengesan Jauh Hyperspectral adalah teknologi berdasarkan data imej yang sangat sempit, yang menggabungkan teknologi pengimejan dengan teknologi spektrum untuk mengesan ruang geometri dua dimensi dan maklumat spektrum satu dimensi sasaran, dan untuk mendapatkan band yang berterusan, Data imej dengan resolusi spektrum yang tinggi. Teknologi pengimejan hiperspectral berkembang pesat, dan yang biasa termasuk spektroskopi grating, spektroskopi penapis yang boleh disesuaikan dengan acoustto-optik, spektroskopi prisma, dan salutan cip.

Apakah ciri -ciri teknikal penderiaan jauh hiperspectral?

Hyperspectral ( kamera hiperspectral ) band saluran tunggal sempit, resolusi spektrumnya setinggi nanometer (nm) urutan magnitud (umumnya kurang daripada 10 nm), bilangan saluran spektrum sehingga berpuluh-puluh atau bahkan beratus-ratus lagi, untuk mendapatkan Bahan refleksi / penyebaran data spektrum yang berterusan, yang dapat direalisasikan dalam julat jalur panjang gelombang inframerah, inframerah dan haba yang terlihat, inframerah dan haba dan pengambilalihan data hiperspektral.

Dibezakan dari teknologi penderiaan jarak jauh multispectral tradisional untuk membezakan sasaran berdasarkan perbezaan warna, teknologi penderiaan jauh hiperspectral dapat mencapai persampelan diskret dalam ruang spektrum, dan sasaran yang dapat dibezakan secara umumnya mereka yang mempunyai perbezaan yang jelas dalam ruang spektrum, seperti badan air , tumbuh -tumbuhan, dan tanah kosong. Pengesan Jauh Hyperspectral adalah teknologi pemerolehan maklumat multidimensi yang menggabungkan teknologi pengimejan dan teknologi spektrum, yang secara serentak dapat memperoleh maklumat spatial dua dimensi sasaran dan maklumat spektrum dimensi ketiga, dan menganalisis maklumat komposisi bahan melalui morfologi bahan Keluk spektrum untuk mengenal pasti sasaran serta ciri sasaran, yang dapat membezakan kategori yang berbeza dari jenis ciri yang sama. Mengikut senario aplikasi yang berbeza, selektiviti spektrum menjadi fleksibel dan pelbagai, yang meningkatkan keupayaan membezakan dan mengenal pasti ciri -ciri, dengan berkesan membezakan kategori yang berbeza dengan ciri -ciri yang sama, menyedari "spektrum yang berbeza untuk ciri yang sama" dan "Ciri -ciri yang berbeza untuk jenis spektrum yang sama", dan mengurangkan fenomena kekeliruan spatial spektrum ciri -ciri, seperti fenomena spesies pokok yang berlainan. Ia dapat mengurangkan fenomena kekeliruan spasial spektrum ciri -ciri, seperti pengenalpastian spesies pokok yang berlainan dan mineral yang berlainan; Pada masa yang sama, data hiperspectral boleh digunakan untuk pengekstrakan parameter bio-fizikal dan kimia, dan analisis biokimia klorofil A, lignin dan selulosa tumbuh-tumbuhan.

Perkembangan teknologi penderiaan jarak jauh hiperspectral menjadikan penderiaan jauh dari analisis kualitatif ke transformasi kuantitatif atau separa kuantitatif, penerapan utama pengimejan tradisional pengesan teknologi penginderaan jauh adalah berdasarkan analisis kualitatif, sebahagian daripada hasil analisis kuantitatif ketepatan hasilnya tidak tidak Ideal, yang jelas berkaitan dengan resolusi spektrum dan spatial sensor pencitraan, gangguan latar belakang atmosfera dan tanah dan batasan lain, pengimejan resolusi hiperspectral penginderaan jauh pertama pecah melalui resolusi spektrum satu had pengimejan resolusi spektrum yang tinggi Memecah batasan resolusi spektrum, yang sebahagian besarnya menindas pengaruh faktor -faktor yang mengganggu lain di ruang spektrum, yang sangat membantu untuk memperbaiki ketepatan hasil analisis kuantitatif.

Apakah aplikasi hiperspektral?

Berbanding dengan imej resolusi tinggi dan pelbagai spektrum, imej hiperspectral mempunyai resolusi spektrum yang tinggi dan banyak band, yang boleh mendapatkan ciri-ciri ciri spektrum yang berterusan, dan band tertentu boleh dipilih atau diekstrak mengikut keperluan untuk menyerlahkan ciri sasaran; Data lengkung spektrum berterusan kuantitatif memberikan syarat untuk pengenalan klasifikasi imej ke dalam model mekanisme spektrum ciri -ciri, yang mengandungi maklumat radiometrik, spatial dan spektrum yang kaya, dan merupakan sintesis pelbagai maklumat. Ia mengandungi maklumat radiometrik, spatial dan spektrum yang kaya, dan merupakan pembawa komprehensif pelbagai maklumat. Imej hiperspectral digunakan secara meluas dalam bidang pemetaan geomorfologi, penerokaan sumber, penderiaan jauh pertanian, penderiaan jauh alam sekitar, pemantauan perhutanan, penderiaan jauh tanah, penginderaan warna jauh dan sains atmosfera.

1. Penginderaan jauh untuk klasifikasi ciri

Angka ini menunjukkan data hiperspectral kawasan pantai Dubai yang diperolehi oleh sensor jauh hiperspectral, yang dapat mengenali maklumat utama ciri -ciri utama, seperti badan, bangunan, jalan, tanah yang kosong, dan lain -lain, melalui klasifikasi ciri, dan boleh menjadi dibahagikan kepada 3 ~ 5 subkategori berkesan dalam setiap kategori utama, dan juga dapat mengenali maklumat kapal di laut yang jauh.

踩踩踩 .jpg

2. Penjelajahan bijih

Teknologi penderiaan jarak jauh Hyperspectral dapat memberikan rangsangan kepada penerokaan geologi. Berdasarkan analisis lengkung spektrum batu yang diperoleh, jenis pengedaran mineral dan kawasan tempat dapat diketahui. Angka ini menunjukkan bahawa data penderiaan jauh hiperspectral secara berkesan mengekstrak dua jenis maklumat mineral sericite dan chlorite di kawasan Dulan Qinghai, dan selepas transformasi MNF, ia meningkatkan pengiktirafan maklumat lithology dan geologi tektonik.

矿石 .jpg

3. Penginderaan jauh persekitaran air

Oleh kerana persamaan tertentu antara spektrum tumbuhan air dan mekar air dan spektrum tumbuh -tumbuhan, sukar bagi data penderiaan jarak jauh multispektral yang biasa digunakan untuk mengenal pasti mekar air dan tumbuhan air, dan hanya data penderiaan jarak jauh hiperspektral dapat menangkapnya Perbezaan spektrum terperinci antara mekar air kompleks dan berubah -ubah, tumbuhan air, dan badan air, untuk mengenal pasti mekar air dan tumbuhan air dengan tepat. Angka ini menunjukkan peta alam sekitar badan air serantau Yunnan dianchi yang diperolehi oleh sensor jauh hyperspectral yang dibawa oleh satelit, yang dapat mengenal pasti bahan organik terlarut berwarna (CDOM), klorofil A (CHL-A), dan kepekatan pepejal yang digantung (TSM) di badan air. Sementara itu, parameter kualiti air sungai dan tasik kecil selain Dianchi juga jelas dikenali dalam imej.

矿石 .jpg

4. Penginderaan jauh atmosfera

Pemantauan penginderaan remote bagi pelepasan sumber titik metana telah dijalankan di Libya dan Amerika Syarikat menggunakan data penderiaan jauh hiperspectral dengan algoritma inversi kepekatan lajur metana yang dioptimumkan. Rajah (a) menunjukkan hasil pemantauan kebocoran metana dari sumur minyak dor marada di Libya, dan angka (b) menunjukkan hasil pemantauan kebocoran metana dari minyak tengah DCP di Lembangan Permian Amerika Syarikat, yang boleh dengan tepat Pantau plum pelepasan metana yang jelas di rantau ini.