Что такое гиперспектральная визуализация?

Гиперспектральная визуализация - это метод, который добавляет красочное третье измерение к отраженному изображению, которое содержит спектральные данные цели. Он может использоваться в таких приложениях, как топографический анализ месторождений полезных ископаемых или ферм, военный надзор, анализ медицинских тканей и археологическое картирование. Гиперспектральная визуализация предоставляет множество световых и композиционных данных с датчиков изображения в поле, в лаборатории и даже в космосе.

Спектральная визуализация анализирует спектры отражения или данные о длине волны света. Он может использовать такие технологии, как отражающие зеркала, призмы, линзы и датчики света, во многом аналогично компонентам и микросхемам с зарядовой связью (CCD) внутри цифровой камеры. В сочетании с технологией дистанционной визуализации спектральная визуализация используется для измерения длин волн электромагнитного спектра, рассеянного материалом мишени. Устройства, называемые спектрометрами и спектрорадиометрами, отмечают изменения в длине волны энергии света, отраженного от цели, и позволяют наблюдателям определять композиционный состав материала или ландшафта.

Гиперспектральная визуализация использует современные вычислительные возможности для объединения данных из множества изображений и добавления третьего измерения спектральных данных непосредственно к изображению. Этот набор данных укладывается в «гиперспектральный куб», подобный стеку снимков, в котором каждый пиксель содержит свои спектральные данные. Мультиспектральная визуализация объединяет данные десятков или сотен электромагнитных (ЭМ) полос, но гиперспектральные кубы могут обрабатывать данные из тысяч полос.

Многоспектральная визуализация обычно использует данные от нескольких датчиков, тогда как гиперспектральные данные часто собираются в виде набора непрерывных полос от одного датчика. Чем больше данных, тем четче картинка. Чем яснее картина, тем легче определить, из какого вещества или веществ изготовлен предмет.

Некоторые применения гиперспектральной визуализации включают химический анализ, флуоресцентную микроскопию, тепловидение, археологические открытия и судебно-медицинские исследования. Медицинская гиперспектральная визуализация извлекает визуальные длины волн пространственной области и синтезирует срезы в «топографическую карту», ​​готовую для четкого медицинского анализа свойств ткани для различных диагнозов или исследовательских целей. Эта технология визуализации может захватывать большую часть электромагнитного диапазона, чем видимый свет, включая инфракрасные и ультрафиолетовые волны, поэтому она может улучшить информацию, которая в противном случае могла бы остаться невидимой невооруженным глазом. Все материалы содержат спектральные подписи, которые могут обеспечить жизненно важные ключи для множества приложений во многих областях.

Например, понимая различия в химическом составе почвы и роста растений, судебные следователи могут точно определить неизвестные могилы. Это связано с тем, что разложение дифференцирует спектры отражения роста растений от окружающей среды. Проще говоря, дополнительный хлорофилл, содержащийся в растениях, оплодотворенных в результате разложения, делает их гораздо более заметными в гиперспектральных данных, чем невооруженным глазом.

Дистанционное зондирование и цифровая обработка изображений находят новые применения на постоянной основе. Специальные библиотеки, содержащие известные спектральные данные материалов, все чаще становятся доступными для исследователей и гражданских лиц такими организациями, как Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) Соединенных Штатов. Новые приложения для этой техники постоянно разрабатываются во многих отраслях промышленности. Сельскохозяйственное использование может включать определение сортов растений, состояния воды и питательных веществ и раннее выявление болезней. По мере того как технология становится все более доступной для общественности, ожидается, что новые приложения будут постоянно разрабатываться с большим преимуществом по сравнению с относительно ограниченными аналитическими возможностями одноточечной спектроскопии.

Тепловизионная технология давно используется в военном или воздушном наблюдении. По этой причине были разработаны специальные методы, призванные помешать этой технологии, чтобы замаскировать тепловые сигнатуры наземных сил из воздуха. Гиперспектральная визуализация может победить эти контрмеры с помощью множества измерений спектральной полосы, предлагая точный анализ, который может обнаружить спектральные «отпечатки пальцев» цели.

Весь спектр собирается для каждого пикселя информации, поэтому наблюдателю не требуется предварительное знание материала для проведения анализа. Компьютерная обработка может включать в себя все доступные данные для полного анализа образца. Это требует выделенных вычислительных ресурсов, включая дорогостоящее чувствительное оборудование и большой объем хранилища данных. Гиперспектральный куб представляет собой многомерный набор данных, для обработки которого требуются сотни мегабайт.