Hvad er hyperspektral billeddannelse?

Hyperspektral billeddannelse er en teknik, der tilføjer en farverig tredje dimension til et reflekteret billede, der indeholder målets spektrale data. Det kan bruges til applikationer såsom topografisk analyse af mineralaflejringer eller gårde, militær overvågning, medicinsk vævsanalyse og arkæologisk kortlægning. Hyperspektral billeddannelse giver et væld af lys- og kompositionsdata fra billeddannelsessensorer i marken, i laboratoriet og endda i rummet.

Spektrale billeddannelsesanalyser reflektionsspektre eller lysbølgelængdedata. Det bruger muligvis teknologi som reflekterende spejle, prismer, linser og lyssensorer, ligesom komponenterne og CCD-chipchips i et digitalt kamera. Kombineret med fjernafbildningsteknologi bruges spektral billeddannelse til at måle bølgelængder af det elektromagnetiske spektrum spredt med et målmateriale. Enheder kaldet spektrometre og spektroradiometre bemærker variationer i energibølgelængden af ​​lyset, der reflekteres fra et mål, og gør det muligt for observatører at bestemme sammensætningens sammensætning af materialet eller landskabet.

Hyperspektral billeddannelse bruger moderne computerkraft til at kombinere data fra mange billeder og tilføje den tredje dimension af spektraldata direkte til billedet. Dette datasæt er stablet i en "hyperspektral terning" som en stabel af snapshots, hvor hver pixel indeholder sine spektrale data. Multispektral billeddannelse kombinerer data fra titusinder eller hundreder af elektromagnetiske bånd (EM), men hyperspektrale terninger kan behandle data fra tusinder af bånd.

Multispektral billeddannelse bruger normalt data fra flere sensorer, medens hyperspektrale data ofte indsamles som et sæt sammenhængende bånd fra en enkelt sensor. Jo flere data, jo klarere er billedet. Jo klarere billede, jo lettere er det at bestemme ud fra hvilket stof eller hvilke stoffer emnet er lavet.

Nogle anvendelser af hyperspektral billeddannelse inkluderer kemisk analyse, fluorescensmikroskopi, termisk billeddannelse, arkæologisk opdagelse og retsmedicinsk undersøgelse. Medicinsk hyperspektral billeddannelse udtrækker visuelle bølgelængder i en rumlig region og syntetiserer skiverne til et "topografisk kort" klar til klar medicinsk analyse af vævsegenskaber til forskellige diagnoser eller forskningsformål. Denne billeddannelsesteknologi kan fange mere af EM-båndet end synligt lys, inklusive infrarød og ultraviolet bølgelængde, så den kan forbedre oplysninger, der ellers kan ses ved det blotte øje. Alle materialer indeholder spektrale signaturer, der kan give vigtige ledetråde til en overflod af anvendelser på tværs af mange felter.

For eksempel ved at forstå forskelle i kemisk sammensætning af jord- og plantevækst er retsmedicinske efterforskere i stand til at fastlægge ellers ukendte gravepladser. Dette skyldes, at nedbrydning differentierer reflektionsspektre for plantevækst fra deres omgivelser. Kort sagt, den ekstra klorofyl, der er indeholdt i planter, der er befrugtet ved nedbrydning, gør dem skiller sig ud langt mere synligt i hyperspektrale data end med det blotte øje.

Fjernmåling og digital billeddannelse finder løbende nye applikationer. Specielle biblioteker, der huser kendte spektrale data om materialer, er i stigende grad blevet gjort tilgængelige for forskere og civile af organisationer som De Forenede Staters National Aeronautics and Space Administration (NASA). Nye applikationer til denne teknik er kontinuerligt udviklet i mange brancher. Landbrugsanvendelser kan omfatte bestemmelse af plantesorter, vand- og næringsbetingelser og tidlig påvisning af sygdomme. Efterhånden som teknologien bliver mere tilgængelig for offentligheden, forventes nye applikationer kontinuerligt at blive udviklet til stor fordel i forhold til den relativt begrænsede analytiske styrke til enkeltpunktsspektroskopi.

Termisk billeddannelsesteknologi er længe blevet brugt til militær eller luftbåren overvågning. Af denne grund er der udviklet specielle teknikker, der er designet til at modvirke denne teknologi, med henblik på at maskere varmesignaturerne fra jordstyrker fra luften. Hyperspektral billeddannelse kan måske besejre disse modforanstaltninger med sin mangfoldighed af spektrale båndmålinger, der tilbyder præcisionsanalyse, der kan afsløre de spektrale “fingeraftryk” af målet.

Hele spektret er samlet for hver pixel af information, så observatøren kræver ingen forkendskab til et materiale for at foretage en analyse. Computerbehandling kan omfatte alle tilgængelige data til en komplet analyse af en prøve. Dette kræver dedikerede databehandlingsressourcer, herunder dyre følsomt udstyr og en stor kapacitet til datalagring. En hyperspektral terning repræsenterer flerdimensionelle datasæt, der kræver hundreder af megabyte hver for at behandle.