ما هو الاستشعار عن بعد فرط الطيف؟ الخصائص الفنية ، التطبيقات

August 23, 2024

الاستشعار عن بُعد فرط الطيف هو الحدود الحالية لتكنولوجيا الاستشعار عن بُعد ، واستخدام العديد من نطاقات الموجة الكهرومغناطيسية الضيقة للغاية من موضوع الاهتمام بالحصول في الاستشعار عن بُعد ، ولكنه تسبب أيضًا في تغيير أساسي في تقنيات معالجة البيانات وتحليل المعلومات ، بحيث يمكن اكتشاف النسخة الأصلية في الاستشعار عن بُعد على نطاق واسع في المادة غير القابلة للكشف ، في الاستشعار عن بُعد فرط الطيف. إذن ما هو فرط الطيف؟ يبدأ مع الفرقة المرئية من الشمس.

لماذا العالم ملون؟

سواء كان ذلك جنوب السماء أو تغيير الفصول ، فلماذا نشعر أن العالم ملون للغاية؟ قوس قزح الذي يمسح بعد يوم ممطر يمكن أن يساعدنا في حل الإجابة. ضوء الشمس هو في الواقع ضوء ملون مختلط ، من خلال نثر قطرات الماء في الهواء يتم تقسيمه إلى ضوء أحادي اللون ملون ، ويشكل كل الألوان التي يمكن أن تتصورها عيوننا ، ويتم تعريف هذا الجزء من الضوء على أنه أطوال موجية الشمس المرئية.

بالإضافة إلى هذا ، يحتوي ضوء الشمس أيضًا على الضوء في الأطوال الموجية الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء. ومع ذلك ، فإن نفس لون الضوء لعينينا البشرية هو أيضًا لون معقد من الضوء الذي يحتوي على آلاف النطاقات ، وهو ما يتجاوز بكثير حد العيون البشرية للتمييز. في الوقت نفسه ، تتكون كائنات مختلفة من عناصر مختلفة ومركباتها ، فإن بنية المادة مختلفة أيضًا ، مما يؤدي إلى الطول الموجي للضوء المنعكس أو المتناثر على سطح الكائن أيضًا ؛ تختلف كائنات مختلفة في حالات مختلفة ذات أطوال موجية مختلفة من انعكاس الضوء أو قدرة الانتثار ، ولكنها تجعل الكائن أيضًا لديه لون أو خصائص طيفية مختلفة ، تمامًا مثل "بصمات الأصابع مثل معلومات" بصمة "، يمكنه التمييز بين الميزات والتكوين الجوي في طريقة جيدة. تشكل هذه الخصائص الطيفية الفريدة للمواد أساسًا لتحديد وتحليل خصائص كائنات مختلفة في علم الاستشعار عن بُعد.

different bands of sunlight

من أجل الحصول على معلومات ضوئية بدقة في نطاقات الطول الموجي المختلفة ، اعتمدت أجهزة الاستشعار البصرية عن بُعد للأقمار الصناعية على التوالي تقنية التصوير المتعددة الأطياف وتكنولوجيا التصوير الفائق الطيف ، حيث يتم تقسيم الضوء المنعكس أو المتناثر من الأشياء إلى نطاقات ذات طول موجي محدد عن طريق المرشحات ، يتم تحديد المنشورات ، حواجز شبكية وأجهزة تقسيم الضوء الأخرى ، ويتم تحديد الأهداف ويتم قياس الاستشعار عن بُعد على أساس معلومات الميزة الطيفية المستلمة من الأرض أو من الانعكاس في الغلاف الجوي أو الانتثار.

في البداية ، استخدم الاستشعار عن بُعد للأرض نظامًا لتكنولوجيا التصوير متعدد الأطياف ، وغالبًا ما يكون فقط عدد قليل من القنوات ، تحتوي كل قناة على معلومات بصرية بأطوال موجية على نطاق واسع من المقاييس النانوية ، ويمكن أن تدرك قدرة الكشف الطيفي في كل من الاتجاهات بالأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية. ومع ذلك ، بالنسبة للكائنات أو الكائنات المماثلة في حالات مختلفة ، عادة ما تكون القمم المميزة لأطياف الانعكاس متشابهة ، كما هو مبين في الشكل أدناه ، أن القمم المميزة للأنواع الأربعة من الأشجار تختلف قليلاً فقط عند 960 نانومترًا ، ومن أجل ذلك التمييز بين فئات أنواع الأشجار المختلفة ، مطلوب دقة طيفية تقل عن عشرة نانومترات ؛ على سبيل المثال ، لتصنيف الصخور وتحديدها ، وحدوث الآفات والأمراض في المحاصيل ، تم تجديد التربة للزراعة ، وتفشي النباتات أو البكتيريا الزرقاء ، على سبيل المثال ، لتصنيف الصخور وتحديدها ، وآفات المحاصيل ، الأمراض ، وتجديد التربة وزراعتها ، وزهر الماء أو تفشي البكتيريا الزرقاء ، وتلوث الهواء وغيرها من المشكلات ، والتي تنعكس في الأطياف فقط في عدد قليل من المقاييس النانوية من التغيير ، والوسائل التقليدية للكشف متعدد الأطياف مبالغ فيها ، ومعدل نجاح تحديد الهوية ليس مرتفعًا .

مع بداية تطوير تقنية الاستشعار عن بُعد فرط الطيف في سبعينيات القرن الماضي ، خضع مجال الاستشعار البصري عن بُعد لتغييرات ثورية وشكل تدريجياً مجالًا لشعبية للتكنولوجيا الحدودية. تقنية الاستشعار عن بُعد فرط الطيف هي تقنية تعتمد على العديد من بيانات الصور الضيقة للغاية ، والتي تجمع بين تكنولوجيا التصوير والتكنولوجيا الطيفية للكشف عن المساحة الهندسية ثنائية الأبعاد والمعلومات الطيفية أحادية الأبعاد للهدف ، والحصول على النطاق الضيق المستمر والضيق بيانات الصورة بدقة طيفية عالية. تتطور تقنية التصوير الفائق الطيف بسرعة ، وتشمل التقنية الشائعة التحليل الطيفي ، والتحليل الطيفي للمرشح القابل للضبط الصوتي ، والتحليل الطيفي للمنشور ، وطلاء الرقائق.

ما هي الخصائص الفنية لاستشعار عن بعد فرط التوظيف؟

الكاميرا الفائقة الطيفية （ الكاميرا الفائقة الطيفية ） النطاق القناة الواحدة ضيقة ، ودقةها الطيفية عالية مثل ترتيب النانومتر (NM) من حيث الحجم (أقل من 10 نانومتر) ، وعدد القنوات الطيفية حتى عشرات أو حتى مئات أكثر ، للحصول انعكاس المواد المستمر / الانتثار للبيانات الطيفية المستمرة ، والتي يمكن تحقيقها في نطاق نطاق الطول الموجي المرئي ، شبه الأشعة تحت الحمراء ، متوسطة الأشعة تحت الحمراء والاحتفال بالأشعة تحت الحمراء الحرارية واكتساب البيانات الفائق الطيف.

تميزت عن تقنية الاستشعار عن بُعد التقليدية متعددة الأطياف لتمييز الأهداف بناءً على اختلافات الألوان ، وتكنولوجيا الاستشعار عن بُعد فرط الطيف يمكن أن تحقق أخذ عينات منفصلة في الفضاء الطيفي ، والأهداف التي يمكن التمييز عنها هي عمومًا تلك التي لها اختلافات واضحة في الفضاء الطيفي ، مثل المسطحات المائية والغطاء النباتي والأرض العارية. الاستشعار عن بُعد فرط الطيف هي تقنية لاكتساب المعلومات متعددة الأبعاد تجمع بين تكنولوجيا التصوير والتكنولوجيا الطيفية ، والتي يمكن أن تحصل في وقت واحد على المعلومات المكانية ثنائية الأبعاد للهدف والمعلومات الطيفية ذات الأبعاد الثالثة ، وتحليل المعلومات التركيبية للمواد من خلال المورفولوجيا المنحنيات الطيفية لتحديد الهدف وكذلك الميزات المستهدفة ، والتي يمكن أن تميز فئات مختلفة من نفس النوع من الميزات. وفقًا لسيناريوهات التطبيق المختلفة ، تصبح انتقائية الطيف مرنة وتنوعًا ، مما يحسن قدرة التمييز بين الميزات وتحديدها ، وتميز بشكل فعال فئات مختلفة تنتمي إلى نفس النوع من الميزات ، ويدرك "أطياف مختلفة لنفس النوع من الميزات" و "ميزات مختلفة لنفس النوع من الطيف" ، وتقلل من ظاهرة الارتباك المكاني الطيفي للميزات ، مثل ظاهرة أنواع الأشجار المختلفة. يمكن أن يقلل من ظاهرة الارتباك المكاني الطيفي للميزات ، مثل تحديد أنواع الأشجار المختلفة والمعادن المختلفة ؛ في الوقت نفسه ، يمكن استخدام بيانات فرط الطيف لاستخراج المعلمات الحيوية والكيميائية ، والتحليل الكيميائي الحيوي للكلوروفيل A ، اللجنين والسليلوز من الغطاء النباتي.

إن تطور تقنية الاستشعار عن بُعد فرط الطيف المنفرد يجعل الاستشعار عن بُعد من التحليل النوعي إلى التحول الكمي أو شبه الكمي ، ويستند التطبيق الرئيسي لتكنولوجيا الاستشعار عن بُعد التقليدية على التحليل النوعي ، وهو جزء من نتائج التحليل الكمي لدقة النتائج ليس المثالي ، الذي يرتبط بوضوح بالدقة الطيفية والمكانية لمستشعر التصوير ، وتداخل الخلفية في الغلاف الجوي والتربة وغيرها يخترق الحد من الدقة الطيفية ، والذي يمنع إلى حد كبير تأثير العوامل المزعجة الأخرى في الفضاء الطيفي ، وهو أمر مفيد للغاية لتحسين نتائج التحليل الكمي.

ما هي التطبيقات الفائقة الطيفية؟

بالمقارنة مع الصور عالية الدقة والمتعددة الأطياف ، فإن الصور الفائقة الطيفية لها دقة طيفية عالية والعديد من النطاقات ، والتي يمكن أن تحصل على منحنيات ميزة طيفية تقريبًا للميزات ، ويمكن تحديد نطاقات محددة أو استخراجها وفقًا للحاجة إلى تسليط الضوء على الميزات المستهدفة ؛ توفر بيانات المنحنى الطيفي المستمر الكمي شروطًا لإدخال تصنيف الصور في نموذج الآلية الطيفية للميزات ، والتي تحتوي على المعلومات الإشعاعية والمكانية والطيفية الغنية ، وهي توليف لمجموعة متنوعة من المعلومات. أنه يحتوي على المعلومات الإشعاعية والمكانية والطيفية الغنية ، وهي شركة شاملة لمختلف المعلومات. تُستخدم الصور الفائقة الطيفية على نطاق واسع في مجالات رسم الخرائط الجيومورفولوجية ، واستكشاف الموارد ، والاستشعار عن بعد الزراعي ، والاستشعار عن بعد البيئي ، ومراقبة الغابات ، والاستشعار عن بُعد في التربة ، والاستشعار عن بُعد اللون والعلوم في الغلاف الجوي.

1. الاستشعار عن بعد لتصنيف الميزات

يوضح هذا الشكل البيانات الفائقة الطيفية في منطقة دبي الساحلية التي اكتسبتها أجهزة استشعار عن بُعد الفطريات ، والتي يمكن أن تتعرف بدقة على معلومات الفئات الرئيسية للميزات ، مثل المسطحات المائية ، والمباني ، والطرق ، والتربة العارية ، وما إلى ذلك ، من خلال تصنيف الميزات ، ويمكن أن تكون تنقسم إلى 3 ~ 5 فئات فرعية فعالة في كل فئة رئيسية ، ويمكنها أيضًا التعرف على معلومات السفن في البحر البعيد.

踩踩踩 .jpg

2. استكشاف الخام

يمكن أن توفر تقنية الاستشعار عن بُعد فرط الطيف دفعة للاستكشاف الجيولوجي. استنادًا إلى تحليل المنحنيات الطيفية للصخور التي تم الحصول عليها ، يمكن معروفة أنواع التوزيع المعدني ومنطقة المكان. يوضح الشكل أن بيانات الاستشعار عن بُعد فرط الطيف استخرجت بشكل فعال نوعين من المعلومات المعدنية للروسيت والكلوريت في منطقة دولان في تشينغهاي ، وبعد تحول MNF ، فإنه يعزز التعرف على علم الأحياء والمعلومات الجيولوجيا التكتونية.

矿石 .jpg

3. الاستشعار عن بعد لبيئة الماء

نظرًا لبعض التشابه بين أطياف نباتات الماء وأزهار الماء وأطياف الغطاء النباتي ، يكون من الصعب على بيانات الاستشعار عن بُعد متعددة الأطياف استخدامًا لتحديد أزهار الماء ونباتات الماء بدقة ، ولا يمكن إلا لبيانات الاستشعار عن بُعد penterpersal أن تلتقط الاختلافات الطيفية التفصيلية بين أزهار الماء المعقدة والمتغيرة ، ونباتات الماء ، وجسم الماء ، وذلك لتحديد إزهار الماء بدقة ونباتات الماء. يوضح هذا الشكل الخريطة البيئية لجسم المياه الإقليمي في Yunnan Dianchi المكتسبة من المستشعر عن بعد من الفائض من القمر الصناعي ، والذي يمكن أن يحدد بوضوح المادة العضوية المذابة الملونة (CDOM) ، الكلوروفيل A (CHL-A) ، وتركيز المواد الصلبة المعلقة (TSM) في جسم الماء. وفي الوقت نفسه ، يمكن التعرف بوضوح على معلمات جودة المياه للأنهار الصغيرة والبحيرات بخلاف ديانتشي في الصورة.

矿石 .jpg

4. استشعار عن بعد في الغلاف الجوي

تم إجراء مراقبة الاستشعار عن بُعد لانبعاثات مصدر نقطة الميثان في ليبيا والولايات المتحدة باستخدام بيانات الاستشعار عن بُعد فرط الطيف مع خوارزميات انعكاس تركيز عمود الميثان المحسنة. يوضح الشكل (أ) نتائج مراقبة تسرب الميثان من بئر زيت Dor Marada في ليبيا ، ويبين الشكل (ب) نتائج مراقبة تسرب الميثان من بئر DCP Midstream بئر في الحوض البرمي للولايات المتحدة ، والتي يمكنها بدقة مراقبة عمود انبعاث الميثان واضح في المنطقة.