O que é sensoriamento remoto hiperespectral? Características técnicas, aplicações

August 23, 2024

O sensoriamento remoto hiperespectral é a fronteira atual da tecnologia de sensoriamento remoto, o uso de muitas faixas de ondas eletromagnéticas muito estreitas do objeto de interesse para obter dados relevantes, contém uma riqueza de informações espaciais, radiométricas e triplas espectrais, cujo desenvolvimento é uma revolução No sensoriamento remoto, mas também causou uma mudança fundamental no processamento de dados e técnicas de análise de informações, de modo que o original no sensoriamento remoto de banda larga no material indetectável, no sensoriamento remoto hiperespectral, possa ser detectado. Então, o que é hiperespectral? Começa com a faixa visível do sol.

Por que o mundo é colorido?

Seja o sul do céu ou a mudança das estações, por que sentimos que o mundo é tão colorido? O arco -íris que se esclarece após um dia chuvoso pode nos ajudar a resolver a resposta. A luz solar é na verdade luz de cor mista, através da dispersão de gotículas de água no ar é quebrada em luz monocromática colorida, constituindo todas as cores que nossos olhos podem perceber, essa parte da luz é definida como os comprimentos de onda visíveis do sol.

Além disso, a luz do sol também contém luz nos comprimentos de onda ultravioleta e infravermelho. No entanto, a mesma cor de luz para nossos olhos humanos também é uma cor complexa de luz contendo milhares de bandas, que está muito além do limite dos olhos humanos para distinguir. Ao mesmo tempo, objetos diferentes são compostos de elementos diferentes e seus compostos, a estrutura do material também é diferente, o que leva ao comprimento de onda da luz refletida ou dispersa na superfície do objeto também mostra especificidade; Diferentes objetos em diferentes estados de diferentes comprimentos de onda da reflexão da luz ou capacidade de espalhamento são diferentes, mas também faz com que o objeto tenha uma cor diferente ou características espectrais, assim como as “impressões digitais como as informações“ impressão digital ”, ele pode distinguir recursos e composição atmosférica em uma boa maneira. Tais características espectrais únicas das substâncias formam a base para identificar e analisar as características de diferentes objetos na ciência de sensoriamento remoto.

different bands of sunlight

Para adquirir com precisão informações de luz em diferentes bandas de comprimento de onda, os sensores remotos ópticos dos satélites adotaram sucessivamente a tecnologia de imagem multiespectral e a tecnologia de imagem hiperespectral, na qual a luz refletida ou dispersa de objetos é dividida em bandas específicas de comprimento de onda de luz por meio de filtros, Prismas, grades e outros dispositivos de divisão de luz e alvos são identificados e o sensoriamento remoto é quantificado com base nas informações de recurso espectral recebidas do solo ou da reflexão ou espalhamento atmosférico.

Inicialmente, o sensoriamento remoto do solo usava um sistema de tecnologia de imagem multi-espectral, geralmente apenas alguns canais, cada canal contém informações ópticas com comprimentos de onda dezenas de nanômetros de largura e podem realizar a capacidade de detecção espectral nas direções infravermelho e ultravioleta. No entanto, para objetos ou objetos semelhantes em diferentes estados, os picos característicos de seus espectros de refletância são geralmente semelhantes, como mostrado na figura abaixo, os picos característicos das quatro espécies de árvores são apenas ligeiramente diferentes em 960 nanômetros e, a fim de distinguir entre as categorias de diferentes espécies de árvores, é necessária uma resolução espectral de menos de dez nanômetros; Por exemplo, para a classificação e identificação de rochas, a ocorrência de pragas e doenças nas culturas, o solo foi reformado para a agricultura, e os surtos de flora ou cianobactérias, por exemplo, para a classificação e identificação de rochas, pragas de colheita e as pragas e as pragas da colheita e Doenças, reforma e cultivo do solo, flores de água ou surtos de cianobactérias, poluição do ar e outros problemas, que são refletidos nos espectros apenas em alguns nanômetros de mudança, os meios tradicionais de detecção multiespectral são sobrecarregados e a taxa de sucesso de identificação não é alta .

Com o início do desenvolvimento da tecnologia de sensoriamento remoto hiperespectral na década de 1970, o campo de sensoriamento remoto óptico passou por mudanças revolucionárias e gradualmente formou um campo de tecnologia de fronteira popular. A tecnologia de sensoriamento remoto hiperespectral é uma tecnologia baseada em muitos dados de imagem de banda estreita, que combinam a tecnologia de imagem com a tecnologia espectral para detectar o espaço geométrico bidimensional e as informações espectrais unidimensionais do alvo, e para obter uma banda estreita, de banda estreita contínua Dados da imagem com alta resolução espectral. A tecnologia de imagem hiperespectral está se desenvolvendo rapidamente, e os comuns incluem espectroscopia de grade, espectroscopia de filtro ajustável acouroptica, espectroscopia de prisma e revestimento de chip.

Quais são as características técnicas do sensoriamento remoto hiperespectral?

A banda de câmera hiperespectral （ hiperespectral ) é estreita, sua resolução espectral é tão alta quanto a ordem de magnitude nanômetro (NM) (geralmente menor que 10 nm), o número de canais espectrais até dezenas ou até centenas de mais, para obter Reflexão / dispersão contínua do material de dados espectrais contínuos, que podem ser realizados na faixa de banda de comprimento de onda visível, infravermelho próximo, infravermelho médio e térmico e aquisição de dados hiperespectral.

Distinguidos da tecnologia tradicional de sensoriamento remoto multispectral tradicional para distinguir alvos com base nas diferenças de cores, a tecnologia de sensoriamento remoto hiperespectral pode alcançar uma amostragem discreta no espaço espectral, e os alvos que podem ser distinguidos são geralmente aqueles que têm diferenças óbvias no espaço espectral, como corpos de água , vegetação e terra nua. O sensoriamento remoto hiperespectral é uma tecnologia de aquisição de informações multidimensionais que combina tecnologia de imagem e tecnologia espectral, que pode adquirir simultaneamente as informações espaciais bidimensionais do alvo e a terceira informação espectral dimensional e analisar as informações composicionais do material através da morfologia da As curvas espectrais para identificar o destino e os recursos de destino, que podem distinguir diferentes categorias do mesmo tipo de recursos. De acordo com diferentes cenários de aplicação, a seletividade do espectro se torna flexível e diversificada, o que melhora a capacidade de distinguir e identificar recursos, distingue efetivamente diferentes categorias pertencentes ao mesmo tipo de recursos, realiza “espectros diferentes para o mesmo tipo de recurso” e “Recursos diferentes para o mesmo tipo de espectro” e reduz o fenômeno da confusão espacial espectral das características, como o fenômeno de diferentes espécies de árvores. Pode reduzir o fenômeno da confusão espacial espectral de características, como a identificação de diferentes espécies de árvores e diferentes minerais; Ao mesmo tempo, dados hiperespectrais podem ser usados para a extração de parâmetros bio-físicos e químicos e a análise bioquímica da clorofila A, lignina e celulose da vegetação.

O desenvolvimento da tecnologia de sensoriamento remoto hiperespectral faz com que a sensação remota da análise qualitativa até a transformação quantitativa ou semi-quantitativa, a principal aplicação da tecnologia de sensoriamento remoto tradicional de imagem é baseado na análise qualitativa, parte da análise quantitativa dos resultados da precisão dos resultados não é Ideal, que está obviamente relacionado à resolução espectral e espacial do sensor de imagem, à interferência do fundo atmosférico e do solo e outras limitações, a resolução hiperespectral de imagem Remote Sensing primeiro quebra através da resolução espectral do único limite Rompa a limitação da resolução espectral, que suprime amplamente a influência de outros fatores perturbadores no espaço espectral, o que é muito útil para a melhoria da precisão dos resultados da análise quantitativa.

O que são aplicações hiperespectrais?

Comparados com imagens de alta resolução e multi-espectrais, as imagens hiperespectrais têm alta resolução espectral e muitas bandas, que podem obter curvas de características espectrais quase contínuas de recursos, e bandas específicas podem ser selecionadas ou extraídas de acordo com a necessidade de destacar os recursos alvo; Os dados quantizados da curva espectral contínua fornecem condições para a introdução da classificação da imagem no modelo de mecanismo espectral dos recursos, que contém informações ricas radiométricas, espaciais e espectrais e é a síntese de uma variedade de informações. Ele contém informações ricas radiométricas, espaciais e espectrais e é um portador abrangente de várias informações. As imagens hiperespectrais são amplamente utilizadas nos campos do mapeamento geomorfológico, exploração de recursos, sensoriamento remoto agrícola, sensoriamento remoto ambiental, monitoramento florestal, sensoriamento remoto do solo, sensoriamento remoto da cor da água e ciência atmosférica.

1. Sensoriamento remoto para classificação de recursos

A figura mostra os dados hiperespectrais da área costeira de Dubai adquiridos por sensores remotos hiperespectral, que podem reconhecer com precisão as informações das principais categorias de recursos, como corpos d'água, edifícios, estradas, solo nu, etc., através da classificação do recurso e pode ser Subdividido em 3 ~ 5 subcategorias eficazes em cada categoria principal e também pode reconhecer as informações dos navios no mar distante.

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2. Exploração de minério

A tecnologia de sensoriamento remoto hiperespectral pode proporcionar um impulso à exploração geológica. Com base na análise das curvas espectrais das rochas obtidas, os tipos de distribuição mineral e a área do local podem ser conhecidos. A figura mostra que os dados de sensoriamento remoto hiperespectral extraíram efetivamente dois tipos de informações minerais de sericita e clorito na área de Dulan de Qinghai e, após a transformação do MNF, aumenta o reconhecimento da litologia e informações da geologia da geologia tectônica.

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3. Sensoriamento remoto do ambiente aquático

Devido à certa semelhança entre os espectros de plantas de água e as flores de água e os espectros de vegetação, é difícil para os dados de sensoriamento remoto multieste comumente usados para identificar com precisão as flores e as plantas de água, e apenas os dados de detecção remota hiperespectral podem capturar o Diferenças espectrais detalhadas entre as flores complexas e variáveis de água, as plantas de água e o corpo da água, de modo a identificar com precisão as flores de água e as plantas de água. A figura mostra o mapa ambiental do órgão de água regional de Yunnan Dianchi adquirido pelo sensor remoto hiperespectral transmitido por satélite, que pode identificar claramente a matéria orgânica dissolvida colorida (CDOM), a clorofila A (Chl-A) e a concentração de sólidos suspensos (TSM) no corpo da água. Enquanto isso, os parâmetros de qualidade da água de pequenos rios e lagos que não sejam Dianchi também são claramente reconhecíveis na imagem.

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4. Sensing remoto atmosférico

O monitoramento de sensoriamento remoto das emissões de fonte de ponto de metano foi realizado na Líbia e nos Estados Unidos usando dados de sensoriamento remoto hiperespectral com algoritmos de inversão de concentração de coluna de metano otimizados. A Figura (a) mostra os resultados do monitoramento do vazamento de metano do poço de óleo Dor Marada na Líbia, e a Figura (b) mostra os resultados do monitoramento do vazamento de metano do poço de óleo médio do DCP na bacia do Permiano dos Estados Unidos, que pode Monitore uma pluma clara de emissão de metano na região.