10 различий мультиспектральной и гиперспектральной съемки

Спектральные изображения впервые были получены в начале 1970-х годов и предназначались в основном для военных целей. Первоначально они назывались мультиспектральными. Затем количество спектральных каналов увеличилось, и таким образом появилась гиперспектральная съемка.

Мультиспектральная и гиперспектральная - это типы спектральной визуализации с аналогичными технологиями. Это два различных метода визуализации, поскольку каждый из них имеет свои собственные области применения. Сейчас оба вида съемки применяют и в дистанционном зондировании, например, в картографии, разведке полезных ископаемых, пищевой промышленности, сельском хозяйстве, атмосферных исследованиях, экологии, здравоохранении и сельском хозяйстве.

Мультиспектральное дистанционное зондирование включает в себя получение видимых, ближних инфракрасных и коротковолновых инфракрасных изображений. Эти изображения получены в нескольких широких диапазонах длин волн. Таким образом, мультиспектральное изображение захватывает данные изображения в определенном диапазоне длин волн по всему электромагнитному спектру. Различные попавшие в кадр материалы по-разному отражают и поглощают лучи на разных длинах волн. В дистанционном методе съемки можно различать материалы по их спектральным сигнатурам отражения, наблюдаемым на изображениях ДЗЗ (дистанционного зондирования Земли). В данном случае очень сложно провести прямую идентификацию.

Гиперспектральное дистанционное зондирование - это метод, который анализирует широкий спектр света вместо того, чтобы просто присваивать основные цвета каждому пикселю. Его основная цель - получить спектр от каждого пикселя изображения сцены для поиска объектов, обнаружения процессов или идентификации материалов. Гиперспектральное дистанционное зондирование извлекает сотни полос из светового спектра. В результате чего получается богатый набор данных и обнаружение интересующих объектов, невидимых для обычных оптических датчиков.

Ниже представлен более подробный обзор мультиспектрального и гиперспектрального дистанционного зондирования.

Различия

1. Количество диапазонов волн

Спутники, получающие мультиспектральные изображения, находятся на Низкой околоземной орбите и движутся синхронно с Солнцем. Мультиспектральные спутники собирают данные в 5-10 диапазонах спектра. Чаще всего изображение состоит из трех основных цветов и нескольких инфракрасных частей.

Гиперспектральное изображение может обнаруживать тысячи различных полос в спектре света. Такие изображения полезны для обнаружения определенных объектов и минералов, если аналитик знаком с их спектральными свойствами. Как и мультиспектральные, их спутники также располагаются на Низкой околоземной солнечно-синхронной орбите.

2. Детализация спектрального разрешения

Спектральное разрешение относится к количеству и ширине участков электромагнитного спектра, измеряемых датчиком. Мультиспектральное дистанционное зондирование имеет низкое спектральное разрешение. Это не позволяет распознавать особенности Земли так же легко, как с помощью гиперспектральной съемки. Мультиспектральные датчики получают изображения широкими полосами, но в небольшом количестве.

Гиперспектральное дистанционное зондирование обладает высоким спектральным разрешением, что позволяет обнаруживать спектральные свойства объектов и минералов. Это дает лучшую возможность видеть невидимое.

3. Ширина полосы

Мультиспектральные системы дистанционного зондирования используют параллельные сенсорные матрицы, которые обнаруживают излучение в небольшом количестве более широких диапазонов волн.

Между тем, в гиперспектральном дистанционном зондировании полосы намного уже. Многочисленные узкие полосы в гиперспектральных датчиках обеспечивают непрерывное спектральное измерение во всем электромагнитном спектре. Следовательно, это делает их более чувствительными к даже самым незначительным изменениям отраженной энергии.

4. Способность использовать искусственный интеллект и машинное обучение

Мультиспектральные изображения дистанционного зондирования имеют меньшую информативность, поэтому с течением времени они продолжают использовать одну и ту же технологию. Из-за недостаточной информационной насыщенности этой технологии ее трудно развивать.

С другой стороны, гиперспектральная технология очень информативна, что способствует ее непрерывному развитию. Таким образом, именно она может стать основной технологией дистанционного зондирования, используемой в глобальном масштабе.

5. Уровень сложности

Из-за ограниченного числа диапазонов в мультиспектральном дистанционном зондировании анализ и интерпретация данных просты. Их легче понять.

Одним из недостатков гиперспектрального дистанционного зондирования является его сложность. В нем много групп, с которыми приходится работать. Специалистам бывает трудно разобраться в излишних массивах данных.

6. Особенности изображения

В мультиспектральных данных отраженная энергия в спектре охватывает более широкий диапазон. Это затрудняет получение большого количества деталей на снятом объекте или площади поверхности. Это происходит потому, что диапазоны длин волн намного шире.

Когда дело доходит до гиперспектральных данных, изображения представляют сотни точек каждой полосы, следовательно, гораздо более детализированы для наблюдения. Длина волны разделена на множество узких полос, которые фиксируют уникальный спектральный отпечаток или подпись объекта.

7. Различия в камерах

Мультиспектральные изображения получают с помощью специальных камер, которые разделяют длины волн с помощью фильтров, или приборами, чувствительными к определенным длинам волн. Они могут включать свет с частот, невидимых человеческому глазу.

Гиперспектральные камеры же могут обнаруживать множество различных длин волн по отдельности. Они также могут видеть в более широком спектре, чем человек, охватывая части инфракрасной и ультрафиолетовой областей. Следовательно, в этом методе визуализации аналитики получат двумерное изображение, в котором каждый пиксель изображения содержит непрерывный спектр.

8. Стоимость

Мультиспектральные датчики обычно собирают данные от трех до шести спектральных диапазонов за одно наблюдение. Такие функции делают их экономически эффективными. Их можно дешево купить и обслуживать, так как сами снимки несложные.

Между тем, гиперспектральная визуализация позволяет собирать несколько сотен спектральных полос за один прием. Такая особенность сделала эту технологию дорогостоящей. Для получения более подробных спектральных данных требуется большее технологическое развитие. Вместе с этим возникают проблемы, связанные с увеличением затрат на датчики и изображения, объемами данных и затратами на обработку данных, а также высоким спросом на управление проектами.

9. Композиция пикселей

В мультиспектральном дистанционном зондировании каждый пиксель имеет отдельную выборку спектра. Например, некоторые диапазоны волн могут содержать от 4 до 20 точек данных на пиксель.

В то время как в гиперспектральном дистанционном зондировании каждый пиксель имеет непрерывный или полный спектр.

10. Методы обработки

Мультиспектральные дистанционные датчики получают только мультиспектральные изображения.

Гиперспектральные дистанционные датчики получают как мультиспектральные, так и гиперспектральные изображения.