Hvad er hyperspektral fjernmåling? Tekniske egenskaber, applikationer

August 23, 2024

Hyperspektral fjernmåling er den nuværende grænse for fjernmålingsteknologi, brugen af mange meget smalle elektromagnetiske bølgebånd fra genstanden for interesse for at opnå relevante data, indeholder et væld af rumlige, radiometriske og spektrale tredobbelte oplysninger, hvis udvikling er en revolution Ved fjernmåling, men forårsagede også en grundlæggende ændring i databehandlings- og informationsanalyseteknikker, så originalen i den bredbånds fjernbetjening i det uopdagelige materiale, i hyperspektral fjernfølelse kan påvises. Så hvad er hyperspektral? Det starter med det synlige solbånd.

Hvorfor er verden farverig?

Uanset om det er den sydlige af himlen eller sæsonskiftet, hvorfor føler vi, at verden er så farverig? Regnbuen, der rydder op efter en regnvejrsdag, kan hjælpe os med at løse svaret. Sollys er faktisk blandet farve lys gennem spredning af vanddråber i luften er opdelt i farverigt monokromatisk lys, hvilket udgør alle de farver, som vores øjne kan opfatte, er denne del af lyset defineret som solens synlige bølgelængde.

Derudover indeholder solens lys også lys i de ultraviolette og infrarøde bølgelængder. Imidlertid er den samme lysfarve til vores menneskelige øjne også en kompleks lysfarve, der indeholder tusinder af bånd, som er langt uden for menneskelige øjne at skelne. På samme tid er forskellige genstande sammensat af forskellige elementer, og deres forbindelser er strukturen af materialet også forskellig, hvilket fører til bølgelængden af det reflekterede eller spredte lys på objektets overflade viser også specificitet; Forskellige genstande i forskellige tilstande med forskellige bølgelængder af lysreflektion eller spredningsevne er anderledes, men får også objektet til en anden farve eller spektrale egenskaber, ligesom "fingeraftryk som" fingeraftryk "-information, det kan skelne funktioner og atmosfærisk sammensætning i En fin måde. Sådanne unikke spektrale egenskaber ved stoffer danner grundlaget for at identificere og analysere egenskaberne ved forskellige objekter inden for fjernsensingsvidenskab.

different bands of sunlight

For nøjagtigt at erhverve lysoplysninger i forskellige bølgelængdebånd har de optiske fjernsensorer af satellitter successivt vedtaget multispektral billeddannelsesteknologi og hyperspektral billeddannelsesteknologi, hvor lys reflekteret eller spredt fra genstande er opdelt i specifikke bølgelængdebånd med lys ved hjælp af filtre, Prismer, riste og andre lys-splittede enheder og mål identificeres, og fjernmåling kvantificeres på grundlag af de spektrale funktionsoplysninger, der er modtaget fra jorden eller fra atmosfærisk refleksion eller spredning.

Oprindeligt anvendte fjernmåling af jorden et multispektralt billeddannelsesteknologisystem, ofte kun få kanaler, hver kanal indeholder optiske oplysninger med bølgelængder titusinder af nanometer bredt og kan realisere den spektrale detektionsevne i både infrarøde og ultraviolette retninger. For lignende objekter eller objekter i forskellige tilstande er de karakteristiske toppe af deres reflektansspektre imidlertid normalt ens, som vist på figuren nedenfor, de karakteristiske toppe af de fire træarter er kun lidt forskellige ved 960 nanometer, og for at Skelne mellem kategorierne af forskellige træarter, er der krævet en spektral opløsning på mindre end ti nanometre; For eksempel til klassificering og identifikation af klipper, forekomsten af skadedyr og sygdomme i afgrøder, er jorden blevet renoveret for landbrug og udbrud af flora eller cyanobakterier, for eksempel til klassificering og identifikation af klipper, afgrøde skadedyr og skadedyr og Sygdomme, jordrenovering og dyrkning, vandblomst eller cyanobakterierudbrud, luftforurening og andre problemer, som kun afspejles i spektrene i et par nanometre af forandring, er de traditionelle midler til multispektral detektion overstrakt, og identifikationssuccesraten er ikke høj .

Med begyndelsen af udviklingen af hyperspektral fjernmålingsteknologi i 1970'erne gennemgik området med optisk fjernmåling af revolutionære ændringer og dannede gradvist et populært grænseteknologifelt. Hyperspektral fjernmålingsteknologi er en teknologi, der er baseret på meget mange smalbåndsbilleddata, der kombinerer billeddannelsesteknologi med spektralteknologi til at detektere det to-dimensionelle geometriske rum og en-dimensionel spektral information om målet og for at opnå kontinuerligt, smalt bånd Billeddata med høj spektral opløsning. Hyperspektral billeddannelsesteknologi udvikler sig hurtigt, og de almindelige inkluderer gitterspektroskopi, akusto-optisk indstillelig filterspektroskopi, prismspektroskopi og chipbelægning.

Hvad er de tekniske egenskaber ved hyperspektral fjernmåling?

Hyperspektralt （ hyperspektralt kamera ） Enkeltkanalbånd er smalt, dets spektrale opløsning er så højt som nanometer (NM) størrelsesorden (generelt mindre end 10 nm), antallet af spektrale kanaler op til snesevis eller endda hundreder af flere, for at opnå Kontinuerlig materiale refleksion / spredning af kontinuerlige spektrale data, som kan realiseres i intervallet af synlige, nær-infrarøde, midt-infrarøde og termiske infrarøde bølgelængdebånd og hyperspektrale dataindsamling.

Differentet fra den traditionelle multispektrale fjernmålingsteknologi for at skelne mål baseret på farveforskelle, hyperspektral fjernmålingsteknologi kan opnå diskret prøveudtagning i spektralt rum, og de mål, der kan skelnes, er generelt dem, der har åbenlyse forskelle i spektralt rum, såsom vandlegemer , vegetation og bare jord. Hyperspektral fjernmåling er en multidimensionel informationskøbsteknologi, der kombinerer billeddannelsesteknologi og spektralteknologi, som samtidig kan tilegne sig den to-dimensionelle rumlige information om målet og den tredimensionelle spektrale information og analysere sammensætningsoplysninger om materialet gennem morfologien i De spektrale kurver for at identificere målet såvel som målfunktionerne, som kan skelne forskellige kategorier af den samme type funktioner. I henhold til forskellige applikationsscenarier bliver selektiviteten af spektret fleksibel og diversificeret, hvilket forbedrer evnen til at skelne og identificere funktioner, der effektivt adskiller forskellige kategorier, der hører til den samme slags funktioner, indser "forskellige spektre for den samme slags funktion" og "Forskellige træk for den samme slags spektrum" og reducerer fænomenet spektral rumlig forvirring af funktionerne, såsom fænomenet af forskellige træarter. Det kan reducere fænomenet spektral rumlig forvirring af funktioner, såsom identifikation af forskellige træarter og forskellige mineraler; På samme tid kan hyperspektrale data bruges til ekstraktion af biofysiske og kemiske parametre og den biokemiske analyse af chlorophyll A, lignin og cellulose af vegetation.

Udviklingen af hyperspektral fjernmålingsteknologi gør fjernmåling fra kvalitativ analyse til kvantitativ eller semi-kvantitativ transformation, den vigtigste anvendelse af traditionel billeddannelsesfølingsteknologi er baseret på kvalitativ analyse, en del af de kvantitative analyseresultater af nøjagtigheden af resultaterne er ikke Ideel, som åbenbart er relateret til billeddannelsesfølerens spektrale og rumlige opløsning, interferensen af atmosfærisk og jordbaggrund og andre begrænsninger, bryder den hypersspektrale opløsning af billedforfalden første Bryder gennem begrænsningen af spektral opløsning, som stort set undertrykker påvirkningen af andre foruroligende faktorer i det spektrale rum, hvilket er meget nyttigt til forbedring af nøjagtigheden af kvantitative analyseresultater.

Hvad er hyperspektrale applikationer?

Sammenlignet med højopløsning og multispektrale billeder har hyperspektrale billeder høj spektralopløsning og mange bånd, som kan opnå næsten kontinuerlige spektrale funktionskurver med funktioner, og specifikke bånd kan vælges eller udvindes efter behovet for at fremhæve målfunktionerne; De kvantiserede kontinuerlige spektrale kurvedata giver betingelser for introduktion af billedklassificering i den spektrale mekanismemodel for funktionerne, der indeholder rige radiometriske, rumlige og spektrale oplysninger, og er syntesen af en række forskellige oplysninger. Den indeholder rig radiometrisk, rumlig og spektral information og er en omfattende bærer af forskellige oplysninger. Hyperspektrale billeder er vidt brugt inden for geomorfologisk kortlægning, ressourceudforskning, fjernbetjening af landbrug, miljømæssig fjernbetjening, skovbrugsovervågning, fjernmåling af jord, vandfarve fjernmåling og atmosfærisk videnskab.

1. Fjernfølelse til funktionsklassificering

Figuren viser de hyperspektrale data fra Dubai -kystområdet erhvervet af hyperspektrale fjernsensorer, som nøjagtigt kan genkende oplysningerne om hovedkategorier af funktioner, såsom vandmasser, bygninger, veje, bare jord osv. Gennem funktionsklassificering og kan være Opdelt i 3 ~ 5 effektive underkategorier i hver hovedkategori og kan også genkende oplysningerne om fartøjer i det fjerne hav.

踩踩踩 .jpg

2. Ore Exploration

Hyperspektral fjernsenseringsteknologi kan give et løft til geologisk efterforskning. Baseret på analysen af de spektrale kurver for de opnåede klipper kan de typer mineralfordeling og området på stedet kendes. Figuren viser, at den hyperspektrale fjernmålingsdata effektivt ekstraherede to slags mineralinformation af sericit og chlorit i Dulan -området i Qinghai, og efter MNF -transformation forbedrer det genkendelsen af litologi og tektonisk geologiinformation.

矿石 .jpg

3. Fjernfølelse af vandmiljø

På grund af den bestemte lighed mellem spektre af vandplanter og vandblomster og vegetationsspektre, er det vanskeligt for de almindeligt anvendte multispektrale fjernmålingsdata at identificere vandblomster og vandplanter nøjagtigt, og kun de hyperspektrale fjernmålingsdata kan fange Detaljerede spektrale forskelle mellem de komplekse og variable vandblomster, vandplanter og vandkroppen for at identificere vandblomster og vandplanter nøjagtigt. Figuren viser det miljømæssige kort over Yunnan Dianchi Regional vandlegeme erhvervet af den satellitbårne hyperspektrale fjernføler, som tydeligt kan identificere det farvede opløste organiske stoffer (CDOM), Chlorophyll A (CHL-A) og suspenderet faststofkoncentration (TSM) i vandkroppen. I mellemtiden er vandkvalitetsparametrene for små floder og søer andre end Dianchi også klart genkendelige på billedet.

矿石 .jpg

4. Atmosfærisk fjernmåling

Fjernfølelsesovervågning af metanpunktskildeemissioner blev udført i Libyen og De Forenede Stater under anvendelse af hyperspektrale fjernmålingsdata med optimeret metansøjlekoncentrationsinversionsalgoritmer. Figur (a) viser resultaterne af overvågning af metanlækage fra Dor Marada -oliebrønden i Libyen, og figur (b) viser resultaterne af overvågning af metanlækage fra DCP -midtstrømsoliebrønden i det permiske bassin i USA, som kan nøjagtigt kan Overvåg en klar methanemissionsplume i regionen.