Wat is hyperspectrale beeldvorming?
Hyperspectrale beeldvorming is een techniek die een kleurrijke derde dimensie toevoegt aan een gereflecteerd beeld dat de spectrale gegevens van het doelwit bevat. Het kan worden gebruikt in toepassingen zoals topografische analyse van minerale afzettingen of boerderijen, militaire surveillance, medische weefselanalyse en archeologische kartering. Hyperspectrale beeldvorming biedt een schat aan licht- en samenstellingsgegevens van beeldsensoren in het veld, in het laboratorium en zelfs in de ruimte.
Spectrale beeldvorming analyseert reflectiespectra of lichtgolflengtegegevens. Het kan technologie gebruiken zoals reflecterende spiegels, prisma's, lenzen en lichtsensoren, net als de componenten en CCD's (charge-linked device) in een digitale camera. Gecombineerd met technologie voor beeldvorming op afstand, wordt spectrale beeldvorming gebruikt om golflengten van het elektromagnetische spectrum te meten dat wordt verspreid door een doelmateriaal. Apparaten die spectrometers en spectroradiometers worden genoemd, noteren variaties in de golflengte van het licht dat wordt gereflecteerd door een doel en stellen waarnemers in staat de samenstelling van het materiaal of landschap te bepalen.
Hyperspectrale beeldvorming maakt gebruik van moderne rekenkracht om gegevens van veel afbeeldingen te combineren en de derde dimensie van spectrale gegevens rechtstreeks aan de afbeelding toe te voegen. Deze gegevensset is gestapeld in een "hyperspectrale kubus", zoals een stapel snapshots, waarin elke pixel zijn spectrale gegevens bevat. Multispectrale beeldvorming combineert gegevens van tientallen of honderden elektromagnetische (EM) banden, maar hyperspectrale kubussen kunnen gegevens van duizenden banden verwerken.
Multispectrale beeldvorming maakt normaal gesproken gebruik van gegevens van meerdere sensoren, terwijl hyperspectrale gegevens vaak worden verzameld als een reeks aaneengesloten banden van een enkele sensor. Hoe meer gegevens, hoe duidelijker het beeld. Hoe duidelijker het beeld, des te gemakkelijker te bepalen uit welke stof of stoffen het onderwerp is gemaakt.
Sommige toepassingen van hyperspectrale beeldvorming omvatten chemische analyse, fluorescentiemicroscopie, warmtebeeldvorming, archeologische ontdekking en forensisch onderzoek. Medische hyperspectrale beeldvorming extraheert visuele golflengten van een ruimtelijk gebied en synthetiseert de plakjes in een "topografische kaart" klaar voor duidelijke medische analyse van weefseleigenschappen voor verschillende diagnoses of onderzoeksdoeleinden. Deze beeldvormingstechnologie kan meer van de EM-band opvangen dan zichtbaar licht, inclusief infrarood- en ultraviolette golflengtes, dus het kan informatie verbeteren die anders met het blote oog onzichtbaar zou kunnen worden. Alle materialen bevatten spectrale handtekeningen die vitale aanwijzingen kunnen bieden voor een overvloed aan toepassingen op vele gebieden.
Door bijvoorbeeld verschillen in chemische samenstelling van bodem- en plantengroei te begrijpen, kunnen forensische onderzoekers anders onbekende graven aantonen. Dit komt omdat ontleding de reflectiespectra van plantengroei onderscheidt van hun omgeving. Simpel gezegd, de extra chlorofyl in planten die door afbraak zijn bemest, maakt ze veel zichtbaarder in hyperspectrale gegevens dan met het blote oog.
Teledetectie en digitale beeldbewerking vinden voortdurend nieuwe toepassingen. Speciale bibliotheken met bekende spectrale gegevens van materialen zijn in toenemende mate beschikbaar gesteld aan onderzoekers en burgers door organisaties zoals de National Aeronautics and Space Administration (NASA) van de Verenigde Staten. Nieuwe toepassingen voor deze techniek zijn continu ontwikkeld in vele industrieën. Agrarisch gebruik kan het bepalen van plantvariëteiten, water- en voedingsstoffencondities en de vroege detectie van ziekten omvatten. Naarmate de technologie meer beschikbaar wordt voor het publiek, worden naar verwachting continu nieuwe toepassingen ontwikkeld met een groot voordeel ten opzichte van de relatief beperkte analytische kracht van single-point spectroscopie.
Thermische beeldvormingstechnologie wordt al lang gebruikt in militaire of luchttoezicht. Om deze reden zijn speciale technieken ontwikkeld om deze technologie te dwarsbomen, om de warmtehandtekeningen van grondkrachten vanuit de lucht te maskeren. Hyperspectrale beeldvorming zou deze tegenmaatregelen kunnen verslaan met zijn veelheid aan spectrale bandmetingen en biedt precisie-analyse die de spectrale "vingerafdrukken" van het doel kan blootleggen.
Het hele spectrum wordt verzameld voor elke pixel informatie, dus de waarnemer heeft geen voorkennis van een materiaal nodig om een analyse te maken. Computerverwerking kan alle beschikbare gegevens omvatten voor een volledige analyse van een monster. Dit vereist speciale computerbronnen, waaronder kostbare gevoelige apparatuur en een grote capaciteit voor gegevensopslag. Een hyperspectrale kubus vertegenwoordigt multidimensionale gegevenssets die elk honderden megabytes nodig hebben om te verwerken.