Alai

Hvad er forskellen mellem multispektrale vs. hyperspektrale billeder?

Den vigtigste forskel mellem multispektrale og hyperspektrale billeder er antallet af bånd og hvor smalle båndene er.

Multispektrale billeder refererer generelt til 3 til 10 bånd. Hvert bånd har en beskrivende titel.

For eksempel omfatter kanalerne nedenfor rødt, grønt, blåt, nærinfrarødt og kortbølget infrarødt.

Hyperspektrale billeder består af meget smallere bånd (10-20 nm). Et hyperspektralt billede kan have hundredvis eller tusindvis af bånd. Generelt har de ikke beskrivende kanalnavne.

Eksempel på multispektrale billeder

Et eksempel på en multispektral sensor er Landsat-8. Landsat-8 producerer f.eks. 11 billeder med følgende bånd:

• COASTAL AEROSOL i bånd 1 (0,43-0,45 um)
• BLÅ i bånd 2 (0,45-0,51 um)
• GRØN i bånd 3 (0,45-0,51 um)
• GRØN i bånd 3 (0.53-0.59 um)
• RØD i bånd 4 (0.64-0.67 um)
• NEAR INFRARED (NIR) i bånd 5 (0.85-0.88 um)
• SHORT-WAVE INFRARED (SWIR 1) i bånd 6 (1.57-1.65 um)
• SHORT-WAVE INFRARED (SWIR 2) i bånd 7 (2,11-2,29 um)
• PANCHROMATIC i bånd 8 (0,50-0,68 um)
• CIRRUS i bånd 9 (1,36-1,38 um)
• THERMAL INFRARED (TIRS 1) i bånd 10 (10.60-11,19 um)
• THERMAL INFRARED (TIRS 2) i bånd 11 (11,50-12,51 um)

Hvert bånd har en rumlig opløsning på 30 meter undtagen for bånd 8, 10 og 11. Mens bånd 8 har en rumlig opløsning på 15 meter, har bånd 10 og 11 en pixelstørrelse på 100 meter. Da atmosfæren absorberer lys i disse bølgelængder, er der ikke noget bånd i intervallet 0,88-1,36.

Hyperspektral billedeksempel

I 1994 planlagde NASA den første hyperspektrale satellit kaldet TRW Lewis. Desværre mistede NASA kontakten med den kort efter dens opsendelse.

Men senere havde NASA en vellykket opsendelsesmission. I 2000 opsendte NASA satellitten EO-1, som bar den hyperspektrale sensor “Hyperion”. Faktisk var Hyperion-billedspektrometeret (en del af EO-1-satellitten) den første hyperspektrale sensor fra rummet.

Hyperion producerer billeder med en opløsning på 30 meter i 242 spektralbånd (0,4-2,5 um). Hvis du selv ønsker at afprøve Hyperion-billederne, kan du downloade dataene gratis på USGS Earth Explorer.

Hyperion gav virkelig startskuddet til hyperspektral billeddannelse fra rummet. Andre hyperspektrale billeddannelsesmissioner fra rummet omfatter f.eks:

• PROBA-1 (ESA) i 2001
• PRISMA (Italien) i 2019
• EnMap (Tyskland) i 2020
• HISUI (Japan) i 2020
• HyspIRI (USA) i 2024

Intuition for multispektral- og hyperspektral

Når du læser dette indlæg, ser dine øjne den reflekterede energi. Men en computer ser den i tre kanaler: rød, grøn og blå.

• Hvis du var en guldfisk, ville du se lyset på en anden måde. En guldfisk kan se infrarød stråling, som er usynlig for det menneskelige øje.
• Humlebier kan se ultraviolet lys. Igen, mennesker kan ikke se ultraviolet stråling fra vores øjne, men UV-B skader os.

Tænk nu, hvis vi kunne se verden med et menneskes, en guldfisk og en humlebis øjne? Det kan vi faktisk godt. Det gør vi med multispektrale og hyperspektrale sensorer.

Det elektromagnetiske spektrum

Visible (rødt, grønt og blåt), infrarødt og ultraviolet er beskrivende områder i det elektromagnetiske spektrum. Vi mennesker har opfundet disse regioner til vores eget formål – for at kunne klassificere dem på en bekvem måde. Hvert område er kategoriseret på grundlag af dets frekvens (v).

Multispektrale og hyperspektrale billeder giver mulighed for at se som mennesker (rød, grønt og blåt), guldfisk (infrarødt) og humlebier (ultraviolet). Faktisk kan vi se endnu mere end dette som reflekteret EM-stråling til sensoren.

Multispektralt vs. hyperspektralt

Den højere grad af spektral detaljeringsgrad i hyperspektrale billeder giver bedre evne til at se det usynlige. F.eks. kan hyperspektral telemåling skelne mellem 3 mineraler på grund af den høje spektrale opløsning. Men den multispektrale Landsat Thematic Mapper kunne ikke skelne mellem de 3 mineraler.

Men en af ulemperne er, at den tilføjer et niveau af kompleksitet. Hvis man har 200 smalle bånd at arbejde med, hvordan kan man så reducere redundansen mellem kanalerne?

Hyperspektrale og multispektrale billeder har mange anvendelser i den virkelige verden. Vi bruger f.eks. hyperspektrale billeder til at kortlægge invasive arter og til at hjælpe med mineralefterforskning.

Der er hundredvis af andre anvendelser, hvor multispektrale og hyperspektrale billeder gør det muligt for os at forstå verden. Vi bruger dem f.eks. inden for landbrug, økologi, olie og gas, atmosfæriske undersøgelser og meget mere.