ハイパースペクトルイメージングとは

ハイパースペクトルイメージングは​​、ターゲットのスペクトルデータを含む反射画像にカラフルな3次元を追加する手法です。 鉱床や農場の地形分析、軍事監視、医療組織分析、考古学的マッピングなどのアプリケーションで使用できます。 ハイパースペクトルイメージングは​​、フィールド、ラボ、さらには宇宙のイメージングセンサーからの豊富な光と組成データを提供します。

スペクトルイメージングは​​、反射スペクトルまたは光波長データを分析します。 デジタルカメラ内のコンポーネントや電荷結合素子（CCD）チップによく似た、反射鏡、プリズム、レンズ、光センサーなどの技術を使用する場合があります。 リモートイメージングテクノロジーと組み合わせて、スペクトルイメージングを使用して、ターゲット物質によって散乱された電磁スペクトルの波長を測定します。 分光計および分光放射計と呼ばれるデバイスは、ターゲットから反射された光のエネルギー波長の変動を記録し、観察者が材料または景観の組成を判断できるようにします。

ハイパースペクトルイメージングは​​、最新のコンピューティングパワーを使用して、多くの画像からのデータを結合し、スペクトルデータの3次元を画像に直接追加します。 このデータセットは、各ピクセルにスペクトルデータが含まれるスナップショットのスタックのような「ハイパースペクトルキューブ」にスタックされます。 マルチスペクトルイメージングは​​数十または数百の電磁（EM）バンドのデータを組み合わせますが、ハイパースペクトルキューブは数千のバンドからのデータを処理できます。

通常、マルチスペクトルイメージングは​​複数のセンサーからのデータを利用しますが、ハイパースペクトルデータは多くの場合、単一のセンサーから一連の連続したバンドとして収集されます。 データが多いほど、画像が鮮明になります。 画像が鮮明であればあるほど、被験者がどの物質から作られているかを判断しやすくなります。

ハイパースペクトルイメージングのアプリケーションには、化学分析、蛍光顕微鏡、熱画像、考古学的発見、法医学調査などがあります。 医療ハイパースペクトルイメージングは​​、空間領域の可視波長を抽出し、スライスを「トポグラフィックマップ」に合成して、さまざまな診断または研究目的で組織特性の明確な医療分析を行えるようにします。 このイメージング技術は、赤外線や紫外線の波長を含む可視光よりも多くのEM帯域をキャプチャできるため、肉眼では見えない情報を強化できます。 すべての材料には、多くの分野にわたる多くのアプリケーションに不可欠な手がかりを提供できるスペクトルシグネチャが含まれています。

たとえば、土壌と植物の成長の化学組成の違いを理解することにより、法医学調査員は未知の墓地を特定することができます。 これは、分解により、植物成長の反射率スペクトルが周囲と区別されるためです。 簡単に言えば、分解によって施肥された植物に含まれる余分なクロロフィルは、肉眼よりもハイパースペクトルデータで目立つようになります。

リモートセンシングとデジタルイメージングは​​、継続的に新しいアプリケーションを見つけます。 材料の既知のスペクトルデータを格納する特別なライブラリは、米国国立航空宇宙局（NASA）などの組織によって研究者や民間人にますます利用可能になっています。 この技術の新しいアプリケーションは、多くの業界で継続的に開発されています。 農業用途には、植物の品種、水と栄養状態の決定、病気の早期発見が含まれます。 技術が一般に利用可能になるにつれて、単一点分光法の比較的限られた分析力を超える大きな利点のために、新しいアプリケーションが継続的に開発されることが期待されています。

熱画像技術は、軍事または空中監視で長い間使用されてきました。 この理由から、この技術を妨害するように設計された特別な技術が開発されており、空気からの地上の力の熱の痕跡を隠しています。 ハイパースペクトルイメージングは​​、多数のスペクトルバンド測定でこれらの対策を打ち負かす可能性があり、ターゲットのスペクトル「フィンガープリント」を発見できる正確な分析を提供します。

スペクトル全体が情報のピクセルごとに収集されるため、観察者は分析を行うために材料の予備知識を必要としません。 コンピューター処理には、サンプルの完全な分析のために利用可能なすべてのデータを含めることができます。 これには、高価な機密装置や大容量のデータストレージなど、専用のコンピューティングリソースが必要です。 ハイパースペクトルキューブは、処理にそれぞれ数百メガバイトを必要とする多次元データセットを表します。