Alai

Vad är skillnaden mellan multispektrala och hyperspektrala bilder?

Den största skillnaden mellan multispektrala och hyperspektrala bilder är antalet band och hur smala banden är.

Multispektrala bilder avser i allmänhet 3 till 10 band. Varje band har en beskrivande titel.

Till exempel omfattar kanalerna nedan rött, grönt, blått, nära infrarött och kortvågigt infrarött.

Hyperspektrala bilder består av mycket smalare band (10-20 nm). En hyperspektral bild kan ha hundratals eller tusentals band. I allmänhet har de inga beskrivande kanalnamn.

Exempel på multispektrala bilder

Ett exempel på en multispektral sensor är Landsat-8. Landsat-8 producerar till exempel 11 bilder med följande band:

• COASTAL AEROSOL i band 1 (0,43-0,45 um)
• BLUE i band 2 (0,45-0,51 um)
• GREEN i band 3 (0.53-0.59 um)
• RÖD i band 4 (0.64-0.67 um)
• NEAR INFRARED (NIR) i band 5 (0.85-0.88 um)
• SHORT-WAVE INFRARED (SWIR 1) i band 6 (1.57-1.65 um)
• SHORT-WAVE INFRARED (SWIR 2) i band 7 (2.11-2.29 um)
• PANCHROMATIC i band 8 (0.50-0.68 um)
• CIRRUS i band 9 (1.36-1.38 um)
• THERMAL INFRARED (TIRS 1) i band 10 (10.60-11.19 um)
• THERMAL INFRARED (TIRS 2) i band 11 (11.50-12.51 um)

Varje band har en rumslig upplösning på 30 meter utom för band 8, 10 och 11. Medan band 8 har en rumslig upplösning på 15 meter har band 10 och 11 en pixelstorlek på 100 meter. Eftersom atmosfären absorberar ljus i dessa våglängder finns det inget band i intervallet 0,88-1,36.

Hyperspektrala bilder exempel

1994 planerade NASA den första hyperspektrala satelliten, TRW Lewis. Tyvärr förlorade NASA kontakten med den kort efter uppskjutningen.

Men senare hade NASA ett lyckat uppskjutningsuppdrag. År 2000 sköt NASA upp satelliten EO-1 som bar den hyperspektrala sensorn ”Hyperion”. Faktum är att bildspektrometern Hyperion (en del av satelliten EO-1) var den första hyperspektrala sensorn från rymden.

Hyperion producerar bilder med 30 meters upplösning i 242 spektralband (0,4-2,5 um). Om du vill testa Hyperion-bilderna själv kan du ladda ner data gratis på USGS Earth Explorer.

Hyperion gav verkligen startskottet för hyperspektral avbildning från rymden. Andra uppdrag för hyperspektral avbildning från rymden är t.ex:

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

Intuition för multispektrala och hyperspektrala

När du läser detta inlägg, ser dina ögon den reflekterade energin. Men en dator ser den i tre kanaler: rött, grönt och blått.

• Om du var en guldfisk skulle du se ljus annorlunda. En guldfisk kan se infraröd strålning som är osynlig för det mänskliga ögat.
• Humlor kan se ultraviolett ljus. Återigen, människor kan inte se ultraviolett strålning från våra ögon men UV-B skadar oss.

Tänk om vi nu kunde se världen med ögonen på en människa, en guldfisk och en humla? Det kan vi faktiskt. Vi gör detta med multispektrala och hyperspektrala sensorer.

Det elektromagnetiska spektrumet

Visibelt (rött, grönt och blått), infrarött och ultraviolett är beskrivande områden i det elektromagnetiska spektrumet. Vi människor har skapat dessa områden i vårt eget syfte – för att bekvämt kunna klassificera dem. Varje område kategoriseras utifrån sin frekvens (v).

Multispektrala och hyperspektrala bilder ger oss människor möjlighet att se som människor (red, grönt och blått), guldfiskar (infrarött) och humlor (ultraviolett). Egentligen kan vi se ännu mer än så som reflekterad EM-strålning till sensorn.

Multispektral vs hyperspektral

Att ha en högre nivå av spektral detaljering i hyperspektrala bilder ger bättre förmåga att se det osedda. Hyperspektral fjärranalys skiljer till exempel mellan tre mineraler på grund av den höga spektrala upplösningen. Men den multispektrala Landsat Thematic Mapper kunde inte skilja mellan de tre mineralerna.

Men en av nackdelarna är att den tillför en högre grad av komplexitet. Om man har 200 smala band att arbeta med, hur kan man då minska redundansen mellan kanalerna?

Hyperspektrala och multispektrala bilder har många tillämpningar i verkligheten. Vi använder till exempel hyperspektrala bilder för att kartlägga invasiva arter och för att hjälpa till vid prospektering av mineraler.

Det finns hundratals fler tillämpningar där multispektrala och hyperspektrala bilder gör det möjligt för oss att förstå världen. Vi använder dem till exempel inom jordbruk, ekologi, olja och gas, atmosfäriska studier med mera.