La teledetección hiperespectral es la frontera actual de la tecnología de detección remota, el uso de muchas bandas de ondas electromagnéticas muy estrechas del objeto de interés para obtener datos relevantes, contiene una riqueza de información triple espacial, radiométrica y espectral, cuyo desarrollo es una revolución es una revolución en la teledetección, pero también causó un cambio fundamental en las técnicas de procesamiento de datos y análisis de información, de modo que se puede detectar el original en la teledetección de banda ancha en el material indetectable, en la teledetección hiperespectral. Entonces, ¿qué es hiperespectral? Comienza con la banda visible del sol.
¿Por qué el mundo es colorido?
Ya sea el sur del cielo o el cambio de estaciones, ¿por qué sentimos que el mundo es tan colorido? El arco iris que se aclara después de un día lluvioso puede ayudarnos a resolver la respuesta. La luz solar es en realidad la luz de color mixto, a través de la dispersión de las gotas de agua en el aire se descompone en colorida luz monocromática, que constituye todos los colores que nuestros ojos pueden percibir, esta parte de la luz se define como las longitudes de onda visibles del sol.
Además de esto, la luz del sol también contiene luz en las longitudes de onda ultravioleta e infrarroja. Sin embargo, el mismo color de la luz para nuestros ojos humanos también es un color complejo de la luz que contiene miles de bandas, que está mucho más allá del límite de los ojos humanos para distinguir. Al mismo tiempo, diferentes objetos están compuestos de diferentes elementos y sus compuestos, la estructura del material también es diferente, lo que conduce a la longitud de onda de la luz reflejada o dispersa en la superficie del objeto también muestra especificidad; Diferentes objetos en diferentes estados de diferentes longitudes de onda de reflexión de luz o capacidad de dispersión son diferentes, pero también hace que el objeto tenga un color o características espectrales diferentes, al igual que las "huellas dactilares como la información de" huella digital ", puede distinguir las características y la composición atmosférica en Una buena manera. Tales características espectrales únicas de las sustancias forman la base para identificar y analizar las características de los diferentes objetos en la ciencia de la teledetección.
Para adquirir con precisión la información de luz en diferentes bandas de longitud de onda, los sensores remotos ópticos de los satélites han adoptado sucesivamente la tecnología de imágenes multiespectrales y la tecnología de imágenes hiperespectrales, en la que la luz reflejada o dispersa de objetos se divide en bandas de luz de longitud de onda específicas mediante filtros, de filtros, Los prismas, las rejillas y otros dispositivos de división de luz, y los objetivos se identifican y la teledetección se cuantifica sobre la base de la información de la característica espectral recibida del suelo o de la reflexión atmosférica o la dispersión.
Inicialmente, la teledetección del suelo utilizó un sistema de tecnología de imágenes multi-espectrales, a menudo solo unos pocos canales, cada canal contiene información óptica con longitudes de onda de decenas de nanómetros de ancho, y puede realizar la capacidad de detección espectral en direcciones infrarrojas y ultravioletas. Sin embargo, para objetos u objetos similares en diferentes estados, los picos característicos de sus espectros de reflectancia suelen ser similares, como se muestra en la figura a continuación, los picos característicos de las cuatro especies de árboles son solo ligeramente diferentes en 960 nanómetros, y para Distinga entre las categorías de diferentes especies de árboles, se requiere una resolución espectral de menos de diez nanómetros; Por ejemplo, para la clasificación e identificación de rocas, la aparición de plagas y enfermedades en los cultivos, el suelo ha sido renovado para la agricultura y los brotes de flora o cianobacterias, por ejemplo, para la clasificación e identificación de rocas, plagas y cosechas Enfermedades, renovación y cultivo del suelo, floración del agua o brotes de cianobacterias, contaminación del aire y otros problemas, que se reflejan en los espectros solo en unos pocos nanómetros de cambio, los medios tradicionales de detección multiespectral se estiran demasiado .
Con el comienzo del desarrollo de la tecnología de detección remota hiperespectral en la década de 1970, el campo de la teledetección óptica se sometió a cambios revolucionarios y gradualmente formó un campo de tecnología fronteriza popular. La tecnología de detección remota hiperespectral es una tecnología basada en muchos datos de imágenes de banda estrecha, que combina tecnología de imágenes con tecnología espectral para detectar el espacio geométrico bidimensional y la información espectral unidimensional del objetivo, y para obtener una banda continua y estrecha. Datos de imagen con alta resolución espectral. La tecnología de imágenes hiperespectrales se está desarrollando rápidamente, y las comunes incluyen espectroscopía de rejillas, espectroscopía de filtro sintonizable acústico, espectroscopía PRISM y recubrimiento de chips.
¿Cuáles son las características técnicas de la teledetección hiperespectral?
Hyperspectral （ Cámara hiperespectral ） La banda de un solo canal es estrecha, su resolución espectral es tan alta como el orden de magnitud nanométrico (NM) (generalmente menos de 10 nm), el número de canales espectrales hasta docenas o incluso cientos de más, para obtener Reflexión / dispersión del material continuo de datos espectrales continuos, que se pueden realizar en el rango de banda visible, infrarroja, infrarroja media e infrarroja térmica y la adquisición de datos hiperespectrales.
Distinguido de la tecnología tradicional de detección remota multiespectral para distinguir objetivos basados en las diferencias de color, la tecnología de detección remota hiperespectral puede lograr un muestreo discreto en el espacio espectral, y los objetivos que pueden distinguirse son generalmente aquellos que tienen diferencias obvias en el espacio espectral, como los cuerpos de agua, como los cuerpos de agua , vegetación y terreno desnudo. La detección remota hiperespectral es una tecnología de adquisición de información multidimensional que combina tecnología de imagen y tecnología espectral, que puede adquirir simultáneamente la información espacial bidimensional del objetivo y la información espectral de tercera dimensión, y analizar la información compositiva del material a través de la morfología de la morfología de Las curvas espectrales para identificar el objetivo, así como las características del objetivo, que pueden distinguir diferentes categorías del mismo tipo de características. De acuerdo con diferentes escenarios de aplicación, la selectividad del espectro se vuelve flexible y diversificada, lo que mejora la capacidad de distinguir e identificar características, distinga de manera efectiva diferentes categorías que pertenecen al mismo tipo de características, realizan "diferentes espectros para el mismo tipo de característica" y "Diferentes características para el mismo tipo de espectro", y reduce el fenómeno de la confusión espacial espectral de las características, como el fenómeno de las diferentes especies de árboles. Puede reducir el fenómeno de la confusión espacial espectral de características, como la identificación de diferentes especies de árboles y diferentes minerales; Al mismo tiempo, los datos hiperespectrales se pueden usar para la extracción de parámetros biofísicos y químicos, y el análisis bioquímico de la clorofila A, la lignina y la celulosa de la vegetación.
El desarrollo de la tecnología de detección remota hiperespectral hace que la teledetección del análisis cualitativo a la transformación cuantitativa o semicuantitativa, la principal aplicación de la tecnología de sensación remota de imágenes tradicional se basa en el análisis cualitativo, parte de los resultados de análisis cuantitativos de la precisión de los resultados Ideal, que obviamente está relacionado con la resolución espectral y espacial del sensor de imágenes, la interferencia del fondo atmosférico y del suelo y otras limitaciones, la resolución hiperespectral de la sensación remota se rompe primero a través de la resolución espectral del único límite de resolución espectral de alta resolución de resolución remota. Se rompe la limitación de la resolución espectral, que suprime en gran medida la influencia de otros factores inquietantes en el espacio espectral, lo que es muy útil para la mejora de la precisión de los resultados de análisis cuantitativos.
¿Qué son las aplicaciones hiperespectrales?
En comparación con las imágenes de alta resolución y multiespectrales, las imágenes hiperespectrales tienen una alta resolución espectral y muchas bandas, que pueden obtener curvas de características espectrales casi continuas, y las bandas específicas se pueden seleccionar o extraer de acuerdo con la necesidad de resaltar las características de destino; Los datos de curva espectral continua cuantificada proporcionan condiciones para la introducción de la clasificación de imágenes en el modelo de mecanismo espectral de las características, que contiene información radiométrica, espacial y espectral rica, y es la síntesis de una variedad de información. Contiene información radiométrica, espacial y espectral rica, y es un portador integral de diversas información. Las imágenes hiperespectrales se usan ampliamente en los campos del mapeo geomorfológico, la exploración de recursos, la teledetección agrícola, la teledetección ambiental, el monitoreo forestal, la teledetección del suelo, la teledetección del color de agua y la ciencia atmosférica.
1. Sensado remoto para la clasificación de características
La figura muestra los datos hiperespectrales del área costera de Dubai adquirida por sensores remotos hiperespectrales, que pueden reconocer con precisión la información de las principales categorías de características, como cuerpos de agua, edificios, carreteras, suelo desnudo, etc., a través de la clasificación de características, y se puede Subdividido en 3 ~ 5 subcategorías efectivas en cada categoría principal, y también puede reconocer la información de los buques en el mar distante.
2. Exploración de mineral
La tecnología de detección remota hiperespectral puede proporcionar un impulso a la exploración geológica. Basado en el análisis de las curvas espectrales de las rocas obtenidas, se pueden conocer los tipos de distribución mineral y el área del lugar. La figura muestra que los datos de detección remota hiperespectrales extrajeron efectivamente dos tipos de información mineral de sericita y clorito en el área de Dulan de Qinghai, y después de la transformación de MNF, mejora el reconocimiento de la litología e información de geología tectónica.
3. Sensación remota del medio ambiente del agua
Debido a la cierta similitud entre los espectros de las plantas de agua y las flores de agua y los espectros de la vegetación, es difícil que los datos de detección remota multiespectrales comúnmente utilizados identifiquen con precisión las flores de agua y las plantas de agua, y solo los datos de detección remota hiperespectrales pueden capturar los Diferencias espectrales detalladas entre las flores de agua compleja y variable, las plantas de agua y el cuerpo de agua, para identificar con precisión las flores de agua y las plantas de agua. La figura muestra el mapa ambiental del cuerpo de agua regional de Yunnan Dianchi adquirido por el sensor remoto hiperespectral transmitido por satélite, que puede identificar claramente la materia orgánica disuelta (CDOM), la clorofila A (CHL-A) y la concentración de sólidos suspendidos (TSM) (TSM) en el cuerpo de agua. Mientras tanto, los parámetros de calidad del agua de pequeños ríos y lagos que no sean Dianchi también son claramente reconocibles en la imagen.
4. Teledetección atmosférica
El monitoreo de la teledetección de las emisiones de la fuente puntual de metano se llevó a cabo en Libia y Estados Unidos utilizando datos hiperespectrales de teledetección con algoritmos de inversión de concentración de columna de metano optimizados. La figura (a) muestra los resultados de monitorear la fuga de metano del pozo de aceite DOR Marada en Libia, y la Figura (b) muestra los resultados de monitorear la fuga de metano del pozo de aceite Midstream DCP en la cuenca Pérmica de los Estados Unidos, que pueden con precisión Monitoree una columna de emisión de metano clara en la región.
Video de la cámara hiperespectral de UAV en el trabajo
