Co je hyperspektrální zobrazení?
Hyperspektrální zobrazování je technika, která přidává barevný třetí rozměr k odraženému obrazu, který obsahuje spektrální data cíle. Může být použit v aplikacích, jako je topografická analýza ložisek nerostných surovin nebo farem, vojenské sledování, analýza lékařských tkání a archeologické mapování. Hyperspektrální zobrazování poskytuje velké množství dat o světle a kompozici ze zobrazovacích senzorů v terénu, v laboratoři a dokonce i ve vesmíru.
Spektrální zobrazování analyzuje odrazivostní spektra nebo data vlnové délky světla. Může používat technologii, jako jsou zrcadla, hranoly, čočky a světelné senzory, podobně jako součásti a čipy zařízení (CCD) uvnitř digitálního fotoaparátu. V kombinaci s technologií dálkového zobrazování se spektrální zobrazování používá k měření vlnových délek elektromagnetického spektra rozptýlených cílovým materiálem. Zařízení nazývaná spektrometry a spektroradiometry zaznamenávají změny energetické vlnové délky světla odrazené od cíle a umožňují pozorovatelům určit složení materiálu nebo krajiny.
Hyperspektrální zobrazování využívá moderní výpočetní sílu pro kombinování dat z mnoha obrazů a přidání třetí dimenze spektrálních dat přímo do obrazu. Tato sada dat je naskládána do „hyperspektrální krychle“, jako je hromada snímků, ve kterých každý pixel obsahuje svá spektrální data. Multispektrální zobrazování kombinuje data desítek nebo stovek elektromagnetických (EM) pásem, ale hyperspektrální kostky mohou zpracovávat data z tisíců pásem.
Multispektrální zobrazování normálně využívá data z více senzorů, zatímco hyperspektrální data jsou často shromažďována jako sada sousedních pásem z jednoho senzoru. Čím více dat, tím je obraz jasnější. Čím jasnější je obrázek, tím snadnější je určit, z jaké látky nebo látek je subjekt vytvořen.
Některé aplikace hyperspektrálního zobrazování zahrnují chemickou analýzu, fluorescenční mikroskopii, tepelné zobrazování, archeologické objevy a forenzní vyšetřování. Lékařské hyperspektrální zobrazování extrahuje vizuální vlnové délky prostorové oblasti a syntetizuje řezy do „topografické mapy“ připravené k jasné lékařské analýze tkáňových vlastností pro různé diagnózy nebo účely výzkumu. Tato zobrazovací technologie může zachytit více EM pásma než viditelné světlo, včetně infračervených a ultrafialových vlnových délek, takže může vylepšit informace, které by jinak mohly být pouhým okem neviditelné. Všechny materiály obsahují spektrální podpisy, které mohou poskytnout zásadní vodítka pro množství aplikací v mnoha oborech.
Například pochopením rozdílů v chemickém složení půdy a růstu rostlin jsou forenzní vyšetřovatelé schopni určit jinak neznámé hroby. Důvodem je, že rozklad odlišuje odrazivostní spektra růstu rostlin od jejich okolí. Jednoduše řečeno, extra chlorofyl obsažený v rostlinách oplodněných rozkladem je činí mnohem viditelnější v hyperspektrálních datech než pouhým okem.
Dálkové snímání a digitální zobrazování neustále hledají nové aplikace. Speciální knihovny, ve kterých jsou uloženy známé spektrální údaje o materiálech, byly stále více zpřístupňovány vědcům a civilistům organizacemi, jako je Národní letecká a vesmírná správa Spojených států (NASA). V mnoha průmyslových odvětvích byly neustále vyvíjeny nové aplikace této techniky. Použití v zemědělství může zahrnovat stanovení odrůd rostlin, podmínek vody a živin a včasné zjištění choroby. S tím, jak se technologie stává dostupnější pro veřejnost, se očekává, že se budou neustále vyvíjet nové aplikace, což má velkou výhodu oproti relativně omezené analytické síle jednobodové spektroskopie.
Technologie tepelného zobrazování se dlouhodobě používá ve vojenském nebo vzdušném dohledu. Z tohoto důvodu byly vyvinuty speciální techniky určené k potlačení této technologie, aby se maskovaly tepelné signály pozemních sil ze vzduchu. Hyperspektrální zobrazení může tato protiopatření porazit svým množstvím měření spektrálních pásem a nabídnout přesnou analýzu, která může odhalit spektrální „otisky prstů“ cíle.
Celé spektrum je shromažďováno pro každý pixel informace, takže pozorovatel nevyžaduje žádné předchozí znalosti materiálu, aby mohl provést analýzu. Počítačové zpracování může zahrnovat všechna dostupná data pro kompletní analýzu vzorku. To vyžaduje vyhrazené výpočetní prostředky, včetně nákladně citlivého zařízení a velké kapacity pro ukládání dat. Hyperspektrální krychle představuje vícerozměrné datové soubory vyžadující ke zpracování stovky megabajtů.