Η υπερφασματική τηλεπισκόπηση είναι το τρέχον σύνορο της τεχνολογίας τηλεπισκόπησης, η χρήση πολλών πολύ στενών λωρίδων ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων από το αντικείμενο ενδιαφέροντος για την απόκτηση σχετικών δεδομένων, περιέχει πληθώρα χωρικών, ραδιομετρικών και φασματικών τριπλών πληροφοριών. Στην τηλεπισκόπηση, αλλά προκάλεσε επίσης μια θεμελιώδη αλλαγή στις τεχνικές επεξεργασίας δεδομένων και ανάλυσης πληροφοριών, έτσι ώστε το πρωτότυπο στην απομακρυσμένη ανίχνευση ευρείας ζώνης στο μη ανιχνεύσιμο υλικό, μπορεί να ανιχνευθεί υπερφασματική τηλεπισκόπηση. Τι είναι λοιπόν η υπερφασματική; Ξεκινά με την ορατή ζώνη του ήλιου.
Γιατί ο κόσμος είναι πολύχρωμος;
Είτε είναι το νότο του ουρανού ή η αλλαγή των εποχών, γιατί αισθανόμαστε ότι ο κόσμος είναι τόσο πολύχρωμος; Το ουράνιο τόξο που καθαρίζει μετά από μια βροχερή μέρα μπορεί να μας βοηθήσει να λύσουμε την απάντηση. Το φως του ήλιου είναι στην πραγματικότητα μικτό χρώμα, μέσω της σκέδασης των σταγονιδίων νερού στον αέρα χωρίζεται σε πολύχρωμο μονοχρωματικό φως, που αποτελούν όλα τα χρώματα που μπορούν να αντιληφθούν τα μάτια μας, αυτό το μέρος του φωτός ορίζεται ως τα ορατά μήκη κύματος του ήλιου.
Εκτός από αυτό, το φως του ήλιου περιέχει επίσης φως στα μήκη κύματος υπεριώδους και υπέρυθρου κύματος. Ωστόσο, το ίδιο χρώμα φωτός στα ανθρώπινα μάτια μας είναι επίσης ένα πολύπλοκο χρώμα φωτός που περιέχει χιλιάδες συγκροτήματα, το οποίο είναι πολύ πέρα από το όριο των ανθρώπινων ματιών για να διακρίνει. Ταυτόχρονα, διαφορετικά αντικείμενα αποτελούνται από διαφορετικά στοιχεία και τις ενώσεις τους, η δομή του υλικού είναι επίσης διαφορετική, γεγονός που οδηγεί στο μήκος κύματος του ανακλώμενου ή διάσπαρτου φωτός στην επιφάνεια του αντικειμένου δείχνει επίσης την εξειδίκευση. Διαφορετικά αντικείμενα σε διαφορετικές καταστάσεις διαφορετικών μήκους κύματος της φωτεινής αντανάκλασης ή της ικανότητας σκέδασης είναι διαφορετικά, αλλά και κάνει το αντικείμενο έχει διαφορετικό χρώμα ή φασματικά χαρακτηριστικά, όπως και τα "δακτυλικά αποτυπώματα όπως οι πληροφορίες" δακτυλικών αποτυπωμάτων ", μπορούν να διακρίνουν τα χαρακτηριστικά και την ατμοσφαιρική σύνθεση στο Ένας καλός τρόπος. Τέτοια μοναδικά φασματικά χαρακτηριστικά των ουσιών αποτελούν τη βάση για τον εντοπισμό και την ανάλυση των χαρακτηριστικών διαφορετικών αντικειμένων στην επιστήμη της τηλεπισκόπησης.
Προκειμένου να αποκτηθούν με ακρίβεια πληροφορίες φωτός σε διαφορετικές ζώνες μήκους κύματος, οι οπτικοί απομακρυσμένοι αισθητήρες δορυφόρων υιοθέτησαν διαδοχικά την τεχνολογία πολυφασματικής απεικόνισης και την τεχνολογία υπερφασματικής απεικόνισης, στην οποία το φως αντανακλάται ή διασκορπίζεται από αντικείμενα διαιρείται σε συγκεκριμένες ζώνες μήκους κύματος με Φίλτρα, Τα πρίσματα, τα σχάρες και άλλες συσκευές διαχωρισμού φωτός και οι στόχοι εντοπίζονται και η τηλεπισκόπηση ποσοτικοποιείται με βάση τις πληροφορίες φασματικών χαρακτηριστικών που λαμβάνονται από το έδαφος ή από την ατμοσφαιρική αντανάκλαση ή τη διασπορά.
Αρχικά, η απομακρυσμένη ανίχνευση του εδάφους χρησιμοποίησε ένα σύστημα τεχνολογίας πολλαπλών φασματικών απεικόνισης, συχνά μόνο λίγα κανάλια, κάθε κανάλι περιέχει οπτικές πληροφορίες με μήκη κύματος σε δεκάδες νανομέτρες πλάτους και μπορεί να συνειδητοποιήσει την ικανότητα φασματικής ανίχνευσης τόσο σε υπέρυθρες όσο και σε υπεριώδεις κατευθύνσεις. Ωστόσο, για παρόμοια αντικείμενα ή αντικείμενα σε διαφορετικές καταστάσεις, οι χαρακτηριστικές κορυφές των φασμάτων ανάκλασης τους είναι συνήθως παρόμοιες, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, οι χαρακτηριστικές κορυφές των τεσσάρων ειδών δένδρων είναι μόνο ελαφρώς διαφορετικές στα 960 νανόμετρα και για να Διαχωρισμός μεταξύ των κατηγοριών διαφορετικών ειδών δέντρων, απαιτείται φασματική ανάλυση μικρότερη από δέκα νανόμετρα. Για παράδειγμα, για την ταξινόμηση και την ταυτοποίηση των πετρωμάτων, η εμφάνιση παρασίτων και ασθενειών στις καλλιέργειες, το έδαφος έχει ανακαινιστεί για τη γεωργία και τις εστίες χλωρίδας ή κυανοβακτηρίων, για παράδειγμα, για την ταξινόμηση και την ταυτοποίηση των πετρωμάτων, των καλλιεργειών και Οι ασθένειες, η ανακαίνιση και η καλλιέργεια του εδάφους, η ανθοφορία του νερού ή οι κυματοειδείς εστίες, η ατμοσφαιρική ρύπανση και άλλα προβλήματα, τα οποία αντικατοπτρίζονται στα φάσματα μόνο σε λίγα νανομέτρων, τα παραδοσιακά μέσα της πολυφασματικής ανίχνευσης είναι υπερβολικά τεντωμένα και το ποσοστό επιτυχίας ταυτοποίησης δεν είναι υψηλό .
Με την έναρξη της ανάπτυξης της τεχνολογίας υπερφασματικής τηλεπισκόπησης στη δεκαετία του 1970, ο τομέας της οπτικής τηλεπισκόπησης υποβλήθηκε σε επαναστατικές αλλαγές και σχημάτισε σταδιακά ένα δημοφιλές πεδίο τεχνολογίας συνόρων. Η τεχνολογία υπερφασματικής τηλεπισκόπησης είναι μια τεχνολογία που βασίζεται σε πολλά δεδομένα εικόνας στενής ζώνης, η οποία συνδυάζει την τεχνολογία απεικόνισης με τη φασματική τεχνολογία για την ανίχνευση του δισδιάστατου γεωμετρικού χώρου και της μονοδιάστατης φασματικής πληροφόρησης του στόχου και τη λήψη συνεχούς, στενής ζώνης δεδομένα εικόνας με υψηλή φασματική ανάλυση. Η τεχνολογία υπερφασματικής απεικόνισης αναπτύσσεται ταχέως και οι κοινές περιλαμβάνουν φασματοσκοπία πλέγματος, φασματοσκοπία φίλτρου ακουστικής οπτικής οπτικής, φασματοσκοπία πρίσματος και επικάλυψη τσιπ.
Ποια είναι τα τεχνικά χαρακτηριστικά της υπερφασματικής τηλεπισκόπησης;
Η υπερφασματική ( υπερφασματική κάμερα ) η ενιαία ζώνη είναι στενή, η φασματική της ανάλυση είναι τόσο υψηλή όσο η σειρά μεγέθους (γενικά μικρότερο από 10 nm), ο αριθμός των φασματικών καναλιών μέχρι δεκάδες ή ακόμα και εκατοντάδες άλλα, Συνεχής αντανάκλαση του υλικού / σκέδαση των συνεχών φασματικών δεδομένων, τα οποία μπορούν να πραγματοποιηθούν στο εύρος της ορατού, πλησιέστερου, μεσαίου υπέρυθρου και θερμικού μήκους ζώνης κύματος και υπερφασματικής απόκτησης δεδομένων.
Διακρίνεται από την παραδοσιακή τεχνολογία πολλαπλής ανίχνευσης για να διακρίνει τους στόχους που βασίζονται σε διαφορές χρωμάτων, η τεχνολογία υπερφασματικής τηλεπισκόπησης μπορεί να επιτύχει διακριτή δειγματοληψία σε φασματικό χώρο και οι στόχοι που μπορούν να διακριθούν είναι γενικά εκείνοι που έχουν προφανείς διαφορές στον φασματικό χώρο, όπως τα υδάτινα σώματα , βλάστηση και γυμνό έδαφος. Η υπερφασματική τηλεπισκόπηση είναι μια πολυδιάστατη τεχνολογία απόκτησης πληροφοριών που συνδυάζει την τεχνολογία απεικόνισης και τη φασματική τεχνολογία, η οποία μπορεί να αποκτήσει ταυτόχρονα τις δισδιάστατες χωρικές πληροφορίες του στόχου και της τρίτης διαστάσεως φασματικών πληροφοριών και να αναλύσει τις πληροφορίες της συγκέντρωσης του υλικού μέσω της μορφολογίας του Οι φασματικές καμπύλες για τον προσδιορισμό του στόχου καθώς και των χαρακτηριστικών στόχου, τα οποία μπορούν να διακρίνουν διαφορετικές κατηγορίες του ίδιου είδους χαρακτηριστικών. Σύμφωνα με διαφορετικά σενάρια εφαρμογών, η επιλεκτικότητα του φάσματος γίνεται ευέλικτη και διαφοροποιημένη, γεγονός που βελτιώνει την ικανότητα διάκρισης και ταυτοποίησης χαρακτηριστικών, διακρίνει αποτελεσματικά τις διαφορετικές κατηγορίες που ανήκουν στα ίδια χαρακτηριστικά, συνειδητοποιεί "διαφορετικά φάσματα για το ίδιο είδος χαρακτηριστικού" και "Διαφορετικά χαρακτηριστικά για το ίδιο είδος φάσματος" και μειώνει το φαινόμενο της φασματικής χωρικής σύγχυσης των χαρακτηριστικών, όπως το φαινόμενο των διαφορετικών ειδών δέντρων. Μπορεί να μειώσει το φαινόμενο της φασματικής χωρικής σύγχυσης χαρακτηριστικών, όπως η ταυτοποίηση διαφορετικών ειδών δέντρων και διαφορετικών ορυκτών. Ταυτόχρονα, τα υπερφασματικά δεδομένα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εξαγωγή βιο-φυσικών και χημικών παραμέτρων και η βιοχημική ανάλυση της χλωροφύλλης Α, της λιγνίνης και της κυτταρίνης της βλάστησης.
Η ανάπτυξη της τεχνολογίας υπερφασματικής τηλεπισκόπησης καθιστά την τηλεπισκόπηση από την ποιοτική ανάλυση σε ποσοτικό ή ημι-ποσοτικό μετασχηματισμό. Το ιδανικό, το οποίο προφανώς σχετίζεται με την φασματική και χωρική ανάλυση του αισθητήρα απεικόνισης, την παρεμβολή του ατμοσφαιρικού και του φόντου του εδάφους και άλλων περιορισμών, η απομακρυσμένη απεικόνιση υπερφασματικής ανάλυσης διαλείμματα πρώτα μέσω της φασματικής ανάλυσης του ενός ορίου υψηλής φασματικής ανάλυσης. Διαλείμματα μέσω του περιορισμού της φασματικής ανάλυσης, η οποία καταστέλλει σε μεγάλο βαθμό την επίδραση άλλων ανησυχητικών παραγόντων στον φασματικό χώρο, γεγονός που είναι πολύ χρήσιμη για τη βελτίωση της ακρίβειας των αποτελεσμάτων της ποσοτικής ανάλυσης.
Ποιες είναι οι υπερφασματικές εφαρμογές;
Σε σύγκριση με τις εικόνες υψηλής ανάλυσης και πολλαπλών φασματικών, οι υπερφασματικές εικόνες έχουν υψηλή φασματική ανάλυση και πολλές ζώνες, οι οποίες μπορούν να αποκτήσουν σχεδόν συνεχείς φασματικές καμπύλες χαρακτηριστικών χαρακτηριστικών και συγκεκριμένες ζώνες μπορούν να επιλεγούν ή να εξαχθούν ανάλογα με την ανάγκη να επισημανθεί τα χαρακτηριστικά στόχου. Τα κβαντισμένα δεδομένα συνεχούς φασματικής καμπύλης παρέχουν συνθήκες για την εισαγωγή της ταξινόμησης εικόνων στο μοντέλο φασματικού μηχανισμού των χαρακτηριστικών, το οποίο περιέχει πλούσιες ακτινομετρικές, χωρικές και φασματικές πληροφορίες και είναι η σύνθεση μιας ποικιλίας πληροφοριών. Περιέχει πλούσιες ακτινομετρικές, χωρικές και φασματικές πληροφορίες και είναι ένας ολοκληρωμένος φορέας διαφόρων πληροφοριών. Οι υπερφασματικές εικόνες χρησιμοποιούνται ευρέως στα πεδία της γεωμορφολογικής χαρτογράφησης, της εξερεύνησης των πόρων, της γεωργικής τηλεπισκόπησης, της περιβαλλοντικής τηλεπισκόπησης, της παρακολούθησης των δασών, της τηλεπισκόπησης του εδάφους, της τηλεπισκόπησης χρώματος του νερού και της ατμοσφαιρικής επιστήμης.
1. Απομακρυσμένη ανίχνευση για ταξινόμηση χαρακτηριστικών
Το σχήμα δείχνει τα υπερφασματικά δεδομένα της παράκτιας περιοχής του Ντουμπάι που αποκτήθηκε από υπερφασματικούς απομακρυσμένους αισθητήρες, οι οποίοι μπορούν να αναγνωρίσουν με ακρίβεια τις πληροφορίες σημαντικών κατηγοριών χαρακτηριστικών, όπως υδάτινα σώματα, κτίρια, δρόμους, γυμνό έδαφος κ.λπ. υποδιαιρούμενα σε 3 ~ 5 αποτελεσματικές υποκατηγορίες σε κάθε μεγάλη κατηγορία και μπορεί επίσης να αναγνωρίσει τις πληροφορίες των πλοίων στη μακρινή θάλασσα.
2. Εξερεύνηση μεταλλεύματος
Η τεχνολογία υπερφασματικής τηλεπισκόπησης μπορεί να προσφέρει ώθηση στη γεωλογική εξερεύνηση. Με βάση την ανάλυση των φασματικών καμπυλών των πετρωμάτων που λαμβάνονται, μπορούν να γίνουν γνωστά οι τύποι ορυκτών και η περιοχή του τόπου. Το σχήμα δείχνει ότι τα δεδομένα υπερφασματικής τηλεπισκόπησης εξήγαγαν αποτελεσματικά δύο είδη ορυκτών πληροφοριών του σερικίτη και του χλωριτικού στην περιοχή Dulan του Qinghai και μετά τον μετασχηματισμό MNF, ενισχύει την αναγνώριση της λιθολογίας και της τεκτονικής γεωλογίας.
3. Απομακρυσμένη ανίχνευση του περιβάλλοντος νερού
Λόγω της συγκεκριμένης ομοιότητας μεταξύ των φάσματος των φυτών νερού και των ανθισμένων νερού και των φάσματος της βλάστησης, είναι δύσκολο για τα δεδομένα που χρησιμοποιούνται συνήθως πολυφασματικά τηλεχειριστήρια να εντοπιστούν με ακρίβεια τα ανθισμένα νερά και τα φυτά νερού και μόνο τα δεδομένα υπερφασματικής τηλεπισκόπησης μπορούν να συλλάβουν Λεπτομερείς φασματικές διαφορές μεταξύ των σύνθετων και των μεταβλητών ανθισμένων νερού, των φυτών νερού και του υδατικού σώματος, έτσι ώστε να εντοπιστούν με ακρίβεια τα ανθισμένα νερά και τα φυτά νερού. Το σχήμα δείχνει τον περιβαλλοντικό χάρτη του περιφερειακού υδατικού σώματος του Yunnan Dianchi που αποκτήθηκε από τον υπερφασματικό τηλεπικοινωνιακό αισθητήρα, ο οποίος μπορεί να εντοπίσει σαφώς τη χρωματισμένη διαλυμένη οργανική ύλη (CDOM), την χλωροφύλλη Α (CHL-A) και τη συγκέντρωση στερεών (TSM). στο υδάτινο σώμα. Εν τω μεταξύ, οι παράμετροι ποιότητας των υδάτων των μικρών ποταμών και των λιμνών εκτός από το Dianchi είναι επίσης σαφώς αναγνωρίσιμες στην εικόνα.
4. Ατμοσφαιρική ανίχνευση
Η παρακολούθηση των εκπομπών πηγής σημείων μεθανίου διεξήχθη στη Λιβύη και οι Ηνωμένες Πολιτείες χρησιμοποιώντας δεδομένα υπερφασματικής τηλεπισκόπησης με βελτιστοποιημένους αλγόριθμους αναστροφής συγκέντρωσης μεθανίου. Το σχήμα (α) δείχνει τα αποτελέσματα της διαρροής παρακολούθησης του μεθανίου από το πετρέλαιο Dor Marada στη Λιβύη και το σχήμα (β) δείχνει τα αποτελέσματα της διαρροής μεθανίου παρακολούθησης από το πετρέλαιο DCP Midstream στη λεκάνη της Permian των Ηνωμένων Πολιτειών, η οποία μπορεί να είναι με ακρίβεια Παρακολουθήστε ένα σαφές φούσκωμα εκπομπής μεθανίου στην περιοχή.
Βίντεο της υπερφασματικής κάμερας UAV στην εργασία
