การตรวจจับระยะไกล hyperspectral คืออะไรลักษณะทางเทคนิคแอปพลิเคชัน

August 23, 2024

Hyperspectral Remote Sensing เป็นเขตแดนปัจจุบันของเทคโนโลยีการตรวจจับระยะไกลการใช้แถบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แคบมากจำนวนมากจากวัตถุที่น่าสนใจเพื่อให้ได้ข้อมูลที่เกี่ยวข้องมีความมั่งคั่งของข้อมูลเชิงพื้นที่ radiometric และสเปกตรัม ในการตรวจจับระยะไกล แต่ยังทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขั้นพื้นฐานในการประมวลผลข้อมูลและเทคนิคการวิเคราะห์ข้อมูลเพื่อให้ต้นฉบับในการตรวจจับระยะไกลในวงกว้างในวัสดุที่ไม่สามารถตรวจจับได้ในการตรวจจับระยะไกล hyperspectral สามารถตรวจพบได้ Hyperspectral คืออะไร? มันเริ่มต้นด้วยวงดนตรีที่มองเห็นได้ของดวงอาทิตย์

ทำไมโลกถึงมีสีสัน?

ไม่ว่าจะเป็นทางใต้ของท้องฟ้าหรือการเปลี่ยนแปลงของฤดูกาลทำไมเราถึงรู้สึกว่าโลกมีสีสันมาก? สายรุ้งที่เคลียร์หลังจากวันที่ฝนตกสามารถช่วยเราแก้คำตอบได้ แสงแดดเป็นแสงผสมจริง ๆ ผ่านการกระเจิงของหยดน้ำในอากาศถูกแบ่งออกเป็นแสงโมโนโครมสีสันสดใสซึ่งประกอบไปด้วยทุกสีที่ดวงตาของเราสามารถรับรู้ได้ส่วนนี้ของแสงนี้ถูกกำหนดให้เป็นความยาวคลื่นที่มองเห็นได้ของดวงอาทิตย์

นอกจากนี้แสงของดวงอาทิตย์ยังมีแสงในอัลตราไวโอเลตและความยาวคลื่นอินฟราเรด อย่างไรก็ตามสีแสงเดียวกันกับดวงตามนุษย์ของเราก็เป็นสีที่ซับซ้อนของแสงที่มีวงดนตรีหลายพันวงซึ่งอยู่ไกลเกินขีด จำกัด ของดวงตาของมนุษย์ที่จะแยกแยะ ในเวลาเดียวกันวัตถุต่าง ๆ ประกอบด้วยองค์ประกอบที่แตกต่างกันและสารประกอบโครงสร้างของวัสดุก็แตกต่างกันซึ่งนำไปสู่ความยาวคลื่นของแสงสะท้อนหรือกระจัดกระจายบนพื้นผิวของวัตถุยังแสดงความจำเพาะ วัตถุที่แตกต่างกันในสถานะที่แตกต่างกันของความยาวคลื่นที่แตกต่างกันของการสะท้อนแสงหรือความสามารถในการกระเจิงแตกต่างกัน แต่ยังทำให้วัตถุมีสีหรือลักษณะสเปกตรัมที่แตกต่างกันเช่น "ลายนิ้วมือเช่น" ลายนิ้วมือ "ข้อมูลสามารถแยกแยะคุณสมบัติและองค์ประกอบบรรยากาศใน วิธีที่ดี ลักษณะสเปกตรัมที่เป็นเอกลักษณ์ของสารเป็นพื้นฐานสำหรับการระบุและวิเคราะห์ลักษณะของวัตถุต่าง ๆ ในวิทยาศาสตร์การตรวจจับระยะไกล

different bands of sunlight

เพื่อให้ได้ข้อมูลแสงในแถบความยาวคลื่นที่แตกต่างกันอย่างถูกต้องเซ็นเซอร์ระยะไกลทางแสงของดาวเทียมได้ใช้เทคโนโลยีการถ่ายภาพหลายครั้งและเทคโนโลยีการถ่ายภาพ hyperspectral อย่างต่อเนื่องซึ่งแสงสะท้อนหรือกระจัดกระจายจากวัตถุจะถูกแบ่งออกเป็นแถบความยาวคลื่นเฉพาะของแสง PRISMS, GRATINGS และอุปกรณ์แยกแสงอื่น ๆ และเป้าหมายถูกระบุและการตรวจจับระยะไกลจะถูกหาปริมาณบนพื้นฐานของข้อมูลคุณสมบัติสเปกตรัมที่ได้รับจากพื้นดินหรือจากการสะท้อนในบรรยากาศหรือการกระเจิง

ในขั้นต้นการตรวจจับระยะไกลของพื้นดินใช้ระบบเทคโนโลยีการถ่ายภาพหลายสเปกตรัมซึ่งมักจะมีเพียงไม่กี่ช่องทางแต่ละช่องทางมีข้อมูลทางแสงที่มีความยาวคลื่นกว้างหลายสิบนาโนเมตรและสามารถตระหนักถึงความสามารถในการตรวจจับสเปกตรัมทั้งในอินฟราเรดและอัลตราไวโอเลต อย่างไรก็ตามสำหรับวัตถุหรือวัตถุที่คล้ายกันในสถานะที่แตกต่างกันจุดยอดลักษณะของสเปกตรัมการสะท้อนแสงของพวกเขามักจะคล้ายกันดังแสดงในรูปด้านล่างลักษณะเฉพาะของต้นไม้สี่สายพันธุ์มีความแตกต่างกันเล็กน้อยที่ 960 นาโนเมตรและ แยกแยะระหว่างหมวดหมู่ของต้นไม้ชนิดต่าง ๆ จำเป็นต้องมีความละเอียดสเปกตรัมน้อยกว่าสิบนาโนเมตร ตัวอย่างเช่นสำหรับการจำแนกประเภทและการระบุหินการเกิดขึ้นของศัตรูพืชและโรคในพืชผลได้รับการปรับปรุงใหม่สำหรับการทำฟาร์มและการระบาดของพืชหรือไซยาโนแบคทีเรียเช่นการจำแนกประเภทและการระบุหินศัตรูพืช โรคการปรับปรุงดินและการเพาะปลูกการบานของน้ำหรือการระบาดของโรคไซยาโนแบคทีเรียมลพิษทางอากาศและปัญหาอื่น ๆ ซึ่งสะท้อนให้เห็นในสเปกตรัมเฉพาะในการเปลี่ยนแปลงเพียงไม่กี่นาโนเมตร .

ด้วยการเริ่มต้นของการพัฒนาเทคโนโลยีการตรวจจับระยะไกล hyperspectral ในปี 1970 สาขาการตรวจจับระยะไกลทางแสงได้รับการเปลี่ยนแปลงการปฏิวัติและค่อยๆกลายเป็นสนามเทคโนโลยีชายแดนยอดนิยม Hyperspectral Remote Sensing Technology เป็นเทคโนโลยีที่ใช้ข้อมูลภาพแคบ ๆ จำนวนมากซึ่งรวมเทคโนโลยีการถ่ายภาพเข้ากับเทคโนโลยีสเปกตรัมเพื่อตรวจจับพื้นที่เรขาคณิตสองมิติและข้อมูลสเปกตรัมหนึ่งมิติของเป้าหมายและเพื่อให้ได้อย่างต่อเนื่อง ข้อมูลภาพที่มีความละเอียดสเปกตรัมสูง เทคโนโลยีการถ่ายภาพ Hyperspectral กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็วและเทคโนโลยีทั่วไป ได้แก่ ตะแกรงสเปกโทรสโกปี, สเปกโทรสโกปีกรอง Acousto-Optic, Prism spectroscopy และการเคลือบชิป

ลักษณะทางเทคนิคของการสำรวจระยะไกล hyperspectral คืออะไร?

Hyperspectral （ กล้อง hyperspectral ） แถบช่องเดี่ยวแคบความละเอียดสเปกตรัมของมันสูงถึงลำดับนาโนเมตร (นาโนเมตร) ขนาด (โดยทั่วไปน้อยกว่า 10 นาโนเมตร) จำนวนช่องทางสเปกตรัมสูงถึงหลายสิบหรือหลายร้อย การสะท้อนของวัสดุอย่างต่อเนื่อง / การกระเจิงของข้อมูลสเปกตรัมอย่างต่อเนื่องซึ่งสามารถรับรู้ได้ในช่วงของแถบความยาวคลื่นอินฟราเรดอินฟราเรดใกล้อินฟราเรดกลางและความร้อนและการเก็บข้อมูล hyperspectral

แตกต่างจาก เทคโนโลยีการตรวจจับระยะไกลแบบหลายส่วน แบบดั้งเดิมเพื่อแยกความแตกต่างของเป้าหมายตามความแตกต่างของสีเทคโนโลยีการตรวจจับระยะไกล hyperspectral สามารถบรรลุการสุ่มตัวอย่างแบบไม่ต่อเนื่องในพื้นที่สเปกตรัมและเป้าหมายที่สามารถแยกแยะได้โดยทั่วไป , พืชพรรณและพื้นเปล่า Hyperspectral Remote Sensing เป็นเทคโนโลยีการเก็บข้อมูลหลายมิติที่รวมเทคโนโลยีการถ่ายภาพและเทคโนโลยีสเปกตรัมซึ่งสามารถรับข้อมูลเชิงพื้นที่สองมิติของเป้าหมายและข้อมูลสเปกตรัมมิติที่สามและวิเคราะห์ข้อมูลองค์ประกอบของวัสดุผ่านสัณฐานวิทยาของสัณฐานวิทยา เส้นโค้งสเปกตรัมเพื่อระบุเป้าหมายเช่นเดียวกับคุณสมบัติเป้าหมายซึ่งสามารถแยกความแตกต่างหมวดหมู่ที่แตกต่างกันของคุณสมบัติประเภทเดียวกัน ตามสถานการณ์ของแอปพลิเคชันที่แตกต่างกันการเลือกของสเปกตรัมมีความยืดหยุ่นและหลากหลายซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการแยกแยะและระบุคุณสมบัติแยกแยะหมวดหมู่ที่แตกต่างกันอย่างมีประสิทธิภาพซึ่งเป็นคุณสมบัติประเภทเดียวกัน “ คุณสมบัติที่แตกต่างกันสำหรับสเปกตรัมชนิดเดียวกัน” และลดปรากฏการณ์ของความสับสนเชิงพื้นที่สเปกตรัมของคุณสมบัติเช่นปรากฏการณ์ของต้นไม้ชนิดต่าง ๆ มันสามารถลดปรากฏการณ์ของความสับสนเชิงพื้นที่สเปกตรัมของคุณสมบัติเช่นการระบุชนิดต้นไม้ที่แตกต่างกันและแร่ธาตุที่แตกต่างกัน; ในเวลาเดียวกันข้อมูล hyperspectral สามารถใช้สำหรับการสกัดพารามิเตอร์ทางชีวภาพและเคมีและการวิเคราะห์ทางชีวเคมีของคลอโรฟิลล์ A, ลิกนินและเซลลูโลสของพืช

การพัฒนาเทคโนโลยีการตรวจจับระยะไกล hyperspectral ทำให้การตรวจจับระยะไกลจากการวิเคราะห์เชิงคุณภาพไปสู่การเปลี่ยนแปลงเชิงปริมาณหรือกึ่งปริมาณการประยุกต์ อุดมคติซึ่งเกี่ยวข้องกับความละเอียดสเปกตรัมและความละเอียดเชิงพื้นที่ของเซ็นเซอร์การถ่ายภาพการรบกวนของพื้นหลังและดินและข้อ จำกัด อื่น ๆ แบ่งผ่านข้อ จำกัด ของความละเอียดสเปกตรัมซึ่งส่วนใหญ่ยับยั้งอิทธิพลของปัจจัยที่รบกวนอื่น ๆ ในพื้นที่สเปกตรัมซึ่งมีประโยชน์มากสำหรับการปรับปรุงความแม่นยำของผลการวิเคราะห์เชิงปริมาณ

แอพพลิเคชั่น Hyperspectral คืออะไร?

เมื่อเปรียบเทียบกับภาพความละเอียดสูงและหลายสเปกตรัมภาพ hyperspectral มีความละเอียดสเปกตรัมสูงและแถบหลายวงซึ่งสามารถรับเส้นโค้งคุณสมบัติสเปกตรัมต่อเนื่องเกือบของคุณสมบัติและแถบเฉพาะสามารถเลือกหรือแยกออกตามความจำเป็นในการเน้นคุณสมบัติเป้าหมาย; ข้อมูลเส้นโค้งสเปกตรัมแบบต่อเนื่องเชิงปริมาณเป็นเงื่อนไขสำหรับการแนะนำการจำแนกภาพในรูปแบบกลไกสเปกตรัมของคุณสมบัติซึ่งมีข้อมูลการแผ่รังสีที่หลากหลายพื้นที่เชิงพื้นที่และสเปกตรัมและเป็นการสังเคราะห์ข้อมูลที่หลากหลาย มันมีข้อมูล radiometric, เชิงพื้นที่และสเปกตรัมที่หลากหลายและเป็นพาหะที่ครอบคลุมของข้อมูลต่าง ๆ ภาพ Hyperspectral ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาการทำแผนที่ธรณีสัณฐาน, การสำรวจทรัพยากร, การสำรวจระยะไกลทางการเกษตร, การสำรวจระยะไกลด้านสิ่งแวดล้อม, การตรวจสอบป่าไม้, การตรวจจับระยะไกลในดิน, การตรวจจับระยะไกลและวิทยาศาสตร์บรรยากาศ

1. การตรวจจับระยะไกลสำหรับการจำแนกคุณสมบัติ

รูปแสดงข้อมูล hyperspectral ของพื้นที่ชายฝั่งดูไบที่ได้รับจากเซ็นเซอร์ระยะไกล hyperspectral ซึ่งสามารถรับรู้ข้อมูลของคุณสมบัติประเภทสำคัญเช่นแหล่งน้ำอาคารถนนดินเปล่า ฯลฯ ผ่านการจำแนกคุณสมบัติและสามารถเป็นได้ แบ่งย่อยเป็นหมวดหมู่ย่อยที่มีประสิทธิภาพ 3 ~ 5 ในแต่ละหมวดหมู่หลักและยังสามารถรับรู้ข้อมูลของเรือในทะเลที่ห่างไกล

踩踩踩 .jpg

2. การสำรวจแร่

เทคโนโลยีการตรวจจับระยะไกล Hyperspectral สามารถเพิ่มการสำรวจทางธรณีวิทยา จากการวิเคราะห์เส้นโค้งสเปกตรัมของหินที่ได้รับประเภทของการกระจายแร่และพื้นที่ของสถานที่สามารถทราบได้ รูปที่แสดงให้เห็นว่าข้อมูลการตรวจจับระยะไกล hyperspectral สกัดข้อมูลแร่สองชนิดของ sericite และ chlorite ในพื้นที่ Dulan ของชิงไห่และหลังจากการเปลี่ยนแปลง MNF ช่วยเพิ่มการรับรู้ของ lithology และข้อมูลทางธรณีวิทยาการแปรสัณฐาน

矿石 .jpg

3. การสำรวจระยะไกลของสภาพแวดล้อมน้ำ

เนื่องจากความคล้ายคลึงกันบางอย่างระหว่างสเปกตรัมของพืชน้ำและบุปผาน้ำและสเปกตรัมของพืชพรรณจึงเป็นเรื่องยากสำหรับข้อมูลการตรวจจับระยะไกลแบบหลายส่วนที่ใช้กันทั่วไปเพื่อระบุบุปผาน้ำและพืชน้ำอย่างแม่นยำและเฉพาะข้อมูลการตรวจจับระยะไกล hyperspectral ความแตกต่างของสเปกตรัมโดยละเอียดระหว่างบุปผาน้ำที่ซับซ้อนและผันแปรพืชน้ำและน้ำในน้ำเพื่อระบุบุปผาน้ำและพืชน้ำได้อย่างแม่นยำ รูปที่แสดงแผนที่สิ่งแวดล้อมของแหล่งน้ำในภูมิภาคยูนนาน Dianchi ที่ได้รับจากเซ็นเซอร์ระยะไกลที่เป็นไปได้จากดาวเทียมซึ่งสามารถระบุอินทรียวัตถุที่ละลายได้ (CDOM), คลอโรฟิลล์ A (CHL-A) และความเข้มข้นของสารแขวนลอย (TSM) ในร่างกายน้ำ ในขณะเดียวกันพารามิเตอร์คุณภาพน้ำของแม่น้ำสายเล็กและทะเลสาบอื่น ๆ ที่ไม่ใช่ Dianchi ก็เป็นที่จดจำได้อย่างชัดเจนในภาพ

矿石 .jpg

4. การสำรวจระยะไกลในบรรยากาศ

การตรวจจับการตรวจจับระยะไกลของการปล่อยก๊าซมีเธนพอยต์ได้ดำเนินการในลิเบียและสหรัฐอเมริกาโดยใช้ข้อมูลการตรวจจับระยะไกล hyperspectral ด้วยอัลกอริทึมการผกผันของคอลัมน์มีเทนที่เหมาะสมที่สุด รูปที่ (a) แสดงผลลัพธ์ของการตรวจสอบการรั่วไหลของก๊าซมีเทนจากบ่อน้ำมัน DOR Marada ในลิเบียและรูป (b) แสดงผลลัพธ์ของการตรวจสอบการรั่วไหลของก๊าซมีเทนจากบ่อน้ำมัน DCP midstream ในอ่าง Permian ของสหรัฐอเมริกาซึ่งสามารถแม่นยำ ตรวจสอบขนนกที่ปล่อยก๊าซมีเทนอย่างชัดเจนในภูมิภาค