¿Qué es la percepción remota hiperespectral? Características técnicas, aplicaciones

La teledetección hipepertral es la frontera actual de la tecnología de teledetección, el uso de muchas bandas de ondas electromagnéticas muy estrechas desde el objeto de interés para obtener datos relevantes, contiene una gran cantidad de información espacial, radiométrica y espectral triple, cuyo desarrollo es una revolución en la teledetección, pero también causó un cambio fundamental en el procesamiento de datos y técnicas de análisis de la información, Para que el original en la teledetección de banda ancha en el material indetectable, en la teledetección hiperespectral pueda ser detectado. Entonces, ¿Qué es hiperespectral? Comienza con la banda visible del sol.

¿Por qué es colorido el mundo?

Ya sea el sur del cielo o el cambio de estaciones, ¿Por qué sentimos que el mundo es tan colorido? El arcoiris que se aclara después de un día lluvipuede ayudarnos a resolver la respuesta. La luz del sol es en realidad la luz de color mixto, a través de la dispersión de gotas de agua en el aire se descompone en luz monocromática de colores, que constituyen todos los colores nuestros ojos pueden percibir, esta parte de la luz se define como 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 luz para nuestros ojos humanos es también un color complejo de luz que contiene miles de bandas, que está mucho más allá del límite de los ojos humanos para distinguir. Al mismo tiempo, los diferentes objetos se componen 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 la reflexión de la luz o la capacidad de dispersión es diferente, pero también hace que el objeto tiene un color diferente o características espectrales, al igual que las "huellas digitales como la" huella digital "de información, puede distinguir las características y la composición atmosférica de una manera fina. Tales características espectrales únicas de sustancias forman la base para identificar y analizar las características de diferentes objetos en la ciencia de la teledetección.

Con el fin de adquirir con precisión información sobre la luz en diferentes bandas de longitud de onda, los sensores ópticos remotos de los satélites han adoptado sucesivamente la tecnología de imágenes multiespectrales y la tecnología de imágenes hiperespectrales, en las que la luz reflejada o dispersada de los objetos se divide en bandas de longitud de onda específicas de la luz por medio de filtros, prismas, rejillas y otros dispositivos de separación de la luz, La teledetección se cuantifica sobre la base de la información de características espectrales recibida del suelo o de la reflexión o dispersión atmosférica.

Inicialmente, la teledetección de la tierra utilizó un sistema de tecnología de imágenes multiespectr, a menudo sólo 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 ambas direcciones infrarroja y ultravioleta. Sin embargo, para objetos similares u objetos en diferentes Estados, los picos característicos de sus espectros de reflectancia son generalmente similares, como se muestra en la figura siguiente, los picos característicos de las cuatro especies de árboles son sólo ligeramente diferentes en 960 nanómetros, y con el fin de distinguir entre las categorías de diferentes especies de árboles, una resolución espectral de menos de diez nanómetros es necesaria; Por ejemplo, para la clasificación e identificación de rocas, la aparición de plagas y enfermedades en los cultivos, el suelo se ha renovado para la agricultura, y los brotes de flora o cianobacteri, por ejemplo, para la clasificación e identificación de rocas, plagas de cultivos y enfermedades, la renovación del suelo y el cultivo, florde agua o brotes de cianobacteri, la contaminación del aire y otros problemas, que se reflejan en el espectro sólo en unos pocos nanómetros de cambio, Los medios tradicionales de detección multiespectral están sobrecargados, y la tasa de éxito de identificación no es alta.

Con el comienzo del desarrollo de la tecnología de teledetección hiperespectral en la década de 1970, el campo de la teledetección óptica experimentó cambios revolucionarios y gradualmente formó un campo tecnológico de frontera popular. La tecnología de teledetección hiperespectral es una tecnología basada en muchos datos de imagen de banda estrecha, que combina la tecnología de imagen con la tecnología espectral para detectar el espacio geométrico bidimensional y la información espectral unidimensional del objetivo, y para obtener datos de imagen de banda estrecha continua con alta resolución espectral. La tecnología de imágenes hiperespectrales se está desarrollando rápidamente, y las más comunes incluyen la espectroscopia de rej, la espectroscopia de filtro ajustático-óptico, la espectroscopia de prisma y el recubrimiento de viruta.

¿Cuáles son las características técnicas de la teledetección hiperespectral?

Hiperespectral （Cámara hiperespectral‍）La banda de un solo canal es estrecha, su resolución espectral es tan alta como nanómetros (nm) orden de magnitud (generalmente menos de 10 nm), el número de canales espectrales hasta decenas o incluso cientos de más, para obtener material de reflexión/dispersión continua de datos espectrales, que se pueden realizar en el rango de visible, infrarrojo cercano, infrarromedio y banda de longitud de onda infrarroja térmica y la adquisición de datos hipepetrales.

Distinguide la tradicionaltecnología de teledetección multiespectralpara distinguir objetivos basados en diferencias de color, la tecnología de teledetección hiperespectral puede lograr un muestreo discreto en el espacio espectral, y los objetivos que se pueden distinguir son generalmente aquellos que tienen diferencias obvien el espacio espectral, tales como cuerpos de agua, vegetación y suelo desnudo. La teledetección hiperespectral es una tecnología de adquisición de información multidimensional que combina la tecnología de imágenes y la tecnología espectral, que puede adquirir simultáneamente la información espacial bidimensional del objetivo y la información espectral de tercera dimensión, y analizar la información de composición del material a través de la morfode 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, distingue efectivamente diferentes categorías pertenecientes al mismo tipo de características, realiza "espectros diferentes para el mismo tipo de característica" y "características diferentes para el mismo tipo de espectro", y reduce el fenómeno de confusión espacial espectral de las características, Tales como el fenómeno de diferentes especies de árboles. Puede reducir el fenómeno de confusión espacial espectral de las características, tales como la identificación de diferentes especies de árboles y diferentes minerales; Al mismo tiempo, los datos hiperespectrales pueden ser utilizados para la extracción de parámetros biofísicos y químicos, y el análisis bioquímico de clorofila a, lignina y celulde la vegetación.

El desarrollo de la tecnología de teledetección hiperespectral hace que la teledetección pase del análisis cualitativo a la transformación cuantitativa o semicuantitativa, la principal aplicación de la tecnología tradicional de teledetección de imágenes se basa en el análisis cualitativo, parte de los resultados del análisis cuantitativo de la precisión de los resultados no es ideal, lo que está obviamente relacionado con la resolución espectral y espacial del sensor de imágenes, La interferencia del fondo atmosférico y del suelo y otras limitaciones, la detección remota de imágenes de resolución hiperespectral primero rompe a través de la resolución espectral de la detección remota de imágenes de alta resolución espectral primero rompe a través de la limitación de la resolución espectral, que suprime en gran medida la influencia de otros factores perturbadores 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 se pueden seleccionar o extraer bandas específicas de acuerdo con la necesidad de resaltar las características objetivo; Los datos cuantizados de la curva espectral continua proporcionan condiciones para la introducción de la clasificación de la imagen en el modelo espectral de mecanismo de las características, que contiene rica radiométrica, información espacial y espectral, y es la síntesis de una variedad de información. Contiene rica información radiométrica, espacial y espectral, y es un amplio portador de información variada. Las imágenes hiperespectrales son ampliamente utilizadas en los campos de la cartografía geomorfológica, exploración de recursos, detección remota agrícola, detección remota ambiental, monitoreo forestal, detección remota del suelo, detección remota de acuarela y la ciencia atmosférica.

1.   Teledetección para la clasificación de características

La figura muestra los datos hiperespectrales de la zona costera de Dubai adquiridos por los sensores remotos hiperespectrales, que pueden reconocer con precisión la información de las principales categorías de características, tales como cuerpos de agua, edificios, carreteras, suelo desnudo, etc., a través de la clasificación de características, y se pueden subdividir en 3~5 subcategorías efectivas en cada categoría principal, y también puede reconocer la información de los buques en el mar distante.

2. Mineral exploración

La tecnología de teledetección hiperespectral puede proporcionar un impulso a la exploración geológica. A partir del 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 teledetección hiperespectrales efectivamente extraen dos tipos de información mineral de sericita y clorito en el área de Dulan de Qinghai, y después de la transformación MNF, mejora el reconocimiento de la litología y la información geológica tectónica.

3.   Teledetección del medio acuático

Debido a la cierta similitud entre los espectros de las plantas acuáticas y las floraciones de agua y los espectros de la vegetación, es difícil para los datos de teledetección multiespectral comúnmente utilizados identificar con precisión las floraciones de agua y las plantas acuáticas, y sólo los datos de teledetección hiperespectrales pueden capturar las diferencias espectrales detalladas entre las floraciones de agua complejas y variables, las plantas acuáticas y el cuerpo de agua, con el fin de identificar con precisión las floraciones de agua y las plantas acuáticas. La figura muestra el mapa ambiental del cuerpo de agua regional de Yunnan Dianchi adquirido por el sensor hipepetral a distancia de satélite, que puede identificar claramente la materia orgánica disuelto de color (CDOM), clorofila a (Chl-a), y la concentración de sólidos en suspensión (TSM) en el cuerpo de agua. Mientras tanto, los parámetros de calidad del agua de ríos pequeños y lagos distintos de Dianchi también son claramente reconocibles en la imagen.

4.   Teledetección atmosférica

En Libia y los Estados Unidos se llevó a cabo un monitoreo de detección remota de las emisiones de fuentes puntuales de metano utilizando datos de detección remota hiperespectrales con algoritmos optimide inversión de la concentración de la columna de metano. La figura (a) muestra los resultados del monitoreo de la fuga de metano desde el pozo de petróleo Dor Marada en Libia, y la figura (b) muestra los resultados del monitoreo de la fuga de metano desde el pozo de petróleo DCP Midstream en la cuenca pérmica de los Estados Unidos, que puede monitorear con precisión una clara pluma de emisión de metano en la región.

Video de la cámara hiperespectral UAV en el trabajo