Jaka jest różnica między obrazowaniem wielospektralnym a hiperspektralnym?
Główną różnicą między obrazowaniem wielospektralnym a hiperspektralnym jest liczba pasm i to, jak wąskie są pasma.
Obrazowanie wielospektralne ogólnie odnosi się do 3 do 10 pasm. Każde pasmo ma opisowy tytuł.
Na przykład poniższe kanały obejmują czerwony, zielony, niebieski, bliską podczerwień i krótkofalową podczerwień.
Obrazy hiperspektralne składają się ze znacznie węższych pasm (10-20 nm). Obraz hiperspektralny może mieć setki lub tysiące pasm. Na ogół nie mają one opisowych nazw kanałów.
- Wielospektralne: 3-10 szerszych pasm.
- Hyperspektralny: Setki wąskich pasm.
Przykład obrazowania wielospektralnego
Przykładem czujnika wielospektralnego jest Landsat-8. Na przykład, Landsat-8 produkuje 11 obrazów z następującymi pasmami:
- COASTAL AEROSOL w paśmie 1 (0.43-0.45 um)
- BLUE w paśmie 2 (0.45-0.51 um)
- GREEN w paśmie 3 (0.53-0.59 um)
- CZERWONY w paśmie 4 (0.64-0.67 um)
- NEAR INFRARED (NIR) w paśmie 5 (0.85-0.88 um)
- SHORT-WAVE INFRARED (SWIR 1) w paśmie 6 (1.57-1.65 um)
- SHORT-WAVE INFRARED (SWIR 2) w paśmie 7 (2.11-2.29 um)
- PANCHROMATIC w paśmie 8 (0.50-0.68 um)
- CIRRUS w paśmie 9 (1.36-1.38 um)
- THERMAL INFRARED (TIRS 1) w paśmie 10 (10.60-11.19 um)
- THERMAL INFRARED (TIRS 2) w paśmie 11 (11.50-12.51 um)
Każde pasmo ma rozdzielczość przestrzenną 30 metrów z wyjątkiem pasm 8, 10 i 11. Podczas gdy pasmo 8 ma rozdzielczość przestrzenną 15 metrów, pasma 10 i 11 mają rozmiar piksela 100 metrów. Ponieważ atmosfera pochłania światło w tych długościach fal, nie ma pasma w zakresie 0,88-1,36.
Przykład obrazowania hiperspektralnego
W 1994 roku NASA zaplanowała pierwszego satelitę hiperspektralnego o nazwie TRW Lewis. Niestety, NASA straciła z nim kontakt wkrótce po jego wystrzeleniu.
Ale później NASA miała udaną misję startową. W 2000 roku NASA wystrzeliła satelitę EO-1, który posiadał czujnik hiperspektralny „Hyperion”. W rzeczywistości, spektrometr obrazowania Hyperion (część satelity EO-1) był pierwszym hiperspektralnym czujnikiem z kosmosu.
Hyperion produkuje obrazy o rozdzielczości 30 metrów w 242 pasmach spektralnych (0.4-2.5 um). Jeśli chcesz samemu przetestować obrazowanie Hyperiona, możesz pobrać dane za darmo na stronie USGS Earth Explorer.
Hyperion naprawdę zapoczątkował początek obrazowania hiperspektralnego z kosmosu. Na przykład, inne misje obrazowania hiperspektralnego z kosmosu obejmują:
- PROBA-.1 (ESA) w 2001 roku
- PRISMA (Włochy) w 2019 roku
- EnMap (Niemcy) w 2020 roku
- HISUI (Japonia) w 2020 roku
- HyspIRI (Stany Zjednoczone) w 2024 roku
Intuicja dla obrazowania wielospektralnego i hiperspektralnego
Gdy czytasz ten post, twoje oczy widzą odbitą energię. Ale komputer widzi ją w trzech kanałach: czerwonym, zielonym i niebieskim.
- Gdybyś był złotą rybką, widziałbyś światło inaczej. Złota rybka widzi promieniowanie podczerwone, które jest niewidzialne dla ludzkiego oka.
- Trzmiele widzą światło ultrafioletowe. Ponownie, ludzie nie widzą promieniowania ultrafioletowego z naszych oczu, ale UV-B nam szkodzi.
Wyobraźmy sobie teraz, że moglibyśmy oglądać świat oczami człowieka, złotej rybki i trzmiela? Właściwie, to możemy. Robimy to za pomocą czujników multispektralnych i hiperspektralnych.
Widmo elektromagnetyczne
Widoczny (czerwony, zielony i niebieski), podczerwień i ultrafiolet to opisowe regiony widma elektromagnetycznego. My, ludzie, wymyśliliśmy te regiony dla naszego własnego celu – aby wygodnie je klasyfikować. Każdy region jest sklasyfikowany na podstawie jego częstotliwości (v).
- Ludzie widzą światło widzialne (380 nm do 700 nm)
- A złote rybki widzą podczerwień (700 nm do 1mm)
- Trzmiele widzą ultrafiolet (10 nm do 380 nm)
Wizerunki wielospektralne i hiperspektralne dają możliwość widzenia tak jak ludzie (czerwony, zielone i niebieskie), złote rybki (podczerwień) i trzmiele (ultrafiolet). W rzeczywistości, możemy zobaczyć nawet więcej niż to, jako odbite promieniowanie EM do czujnika.
Multispektralne vs Hiperspektralne
Posiadanie wyższego poziomu szczegółów spektralnych w obrazach hiperspektralnych daje lepszą zdolność do zobaczenia tego, co niewidzialne. Na przykład, hiperspektralna teledetekcja rozróżniła 3 minerały z powodu wysokiej rozdzielczości spektralnej. Ale wielospektralny Landsat Thematic Mapper nie mógł odróżnić tych 3 minerałów.
Jednym z minusów jest to, że dodaje to poziom złożoności. Jeśli masz 200 wąskich pasm do pracy, jak możesz zmniejszyć redundancję między kanałami?
Obrazy hiperspektralne i wielospektralne mają wiele zastosowań w świecie rzeczywistym. Na przykład, używamy obrazów hiperspektralnych do mapowania gatunków inwazyjnych i pomocy w eksploracji minerałów.
Są jeszcze setki innych zastosowań, w których obrazy wielospektralne i hiperspektralne pozwalają nam zrozumieć świat. Na przykład, używamy ich w dziedzinie rolnictwa, ekologii, ropy i gazu, badań atmosferycznych i innych.
.