Viễn thám siêu âm là gì? Đặc điểm kỹ thuật, ứng dụng

August 23, 2024

Viễn thám từ xa là biên giới hiện tại của công nghệ viễn thám, việc sử dụng nhiều dải sóng điện từ rất hẹp từ đối tượng quan tâm để có được dữ liệu liên quan, chứa vô số thông tin ba không gian, phóng xạ và quang phổ, sự phát triển của nó là một cuộc cách mạng Trong viễn thám, nhưng cũng gây ra một sự thay đổi cơ bản trong các kỹ thuật phân tích thông tin và xử lý dữ liệu, do đó, bản gốc trong viễn thám băng rộng trong vật liệu không thể phát hiện được, có thể phát hiện ra cảm biến từ xa siêu âm. Vậy siêu âm là gì? Nó bắt đầu với ban nhạc có thể nhìn thấy của mặt trời.

Tại sao thế giới lại nhiều màu sắc?

Cho dù đó là miền Nam của bầu trời hay sự thay đổi của các mùa, tại sao chúng ta cảm thấy thế giới rất nhiều màu sắc? Cầu vồng dọn dẹp sau một ngày mưa có thể giúp chúng tôi giải quyết câu trả lời. Ánh sáng mặt trời thực sự là ánh sáng màu hỗn hợp, thông qua sự tán xạ của các giọt nước trong không khí được phá vỡ thành ánh sáng đơn sắc đầy màu sắc, tạo thành tất cả các màu sắc mà mắt chúng ta có thể cảm nhận được, phần này của ánh sáng được định nghĩa là bước sóng nhìn thấy của mặt trời.

Ngoài ra, ánh sáng của mặt trời cũng chứa ánh sáng trong các bước sóng tia cực tím và hồng ngoại. Tuy nhiên, cùng một màu ánh sáng cho đôi mắt người của chúng ta cũng là một màu sắc phức tạp của ánh sáng chứa hàng ngàn dải, vượt xa giới hạn của mắt người để phân biệt. Đồng thời, các đối tượng khác nhau bao gồm các yếu tố khác nhau và các hợp chất của chúng, cấu trúc của vật liệu cũng khác nhau, dẫn đến bước sóng của ánh sáng phản xạ hoặc phân tán trên bề mặt của vật thể cũng cho thấy tính đặc hiệu; Các đối tượng ở các trạng thái khác nhau của các bước sóng khác nhau của phản xạ ánh sáng hoặc khả năng tán xạ là khác nhau, nhưng cũng làm cho đối tượng có các đặc điểm màu hoặc quang phổ khác nhau, giống như các dấu vân tay như thông tin của dấu vân tay, nó có thể phân biệt các tính năng và thành phần khí quyển trong Một cách tốt. Các đặc điểm phổ độc đáo như vậy của các chất tạo thành cơ sở để xác định và phân tích các đặc điểm của các đối tượng khác nhau trong khoa học viễn thám.

different bands of sunlight

Để có được chính xác thông tin ánh sáng trong các dải bước sóng khác nhau, các cảm biến từ xa quang học của các vệ tinh đã áp dụng liên tiếp công nghệ hình ảnh đa phương và công nghệ hình ảnh siêu âm, trong đó ánh sáng phản xạ hoặc phân tán từ các vật thể được chia thành các dải bước sóng cụ thể bằng các bộ lọc, Lăng kính, cách tử và các thiết bị tách ánh sáng khác, và các mục tiêu được xác định và viễn thám được định lượng trên cơ sở thông tin tính năng quang phổ nhận được từ mặt đất hoặc từ sự phản xạ hoặc tán xạ trong khí quyển.

Ban đầu, Viễn thám của mặt đất đã sử dụng hệ thống công nghệ hình ảnh đa phổ, thường chỉ có một vài kênh, mỗi kênh chứa thông tin quang với bước sóng hàng chục nanomet rộng và có thể nhận ra khả năng phát hiện quang phổ theo cả hai hướng tia hồng ngoại và cực tím. Tuy nhiên, đối với các đối tượng hoặc vật thể tương tự ở các trạng thái khác nhau, các đỉnh đặc trưng của phổ phản xạ của chúng thường giống nhau, như thể hiện trong hình dưới đây, các đỉnh đặc trưng của bốn loài Phân biệt giữa các loại của các loài cây khác nhau, cần có độ phân giải quang phổ ít hơn mười nanomet; Ví dụ, để phân loại và xác định đá, sự xuất hiện của sâu bệnh và bệnh trong cây trồng, đất đã được cải tạo để canh tác, và sự bùng phát của hệ thực vật hoặc vi khuẩn lam, ví dụ, để phân loại và xác định đá, sâu bệnh và sâu Bệnh, cải tạo và canh tác đất, nở hoa hoặc dịch bệnh vi khuẩn lam, ô nhiễm không khí và các vấn đề khác, được phản ánh trong quang phổ chỉ trong một vài nanomet thay đổi, các phương tiện phát hiện đa phương truyền thống là quá mức và tỷ lệ thành công không cao .

Với sự khởi đầu của sự phát triển của công nghệ viễn thám siêu âm vào những năm 1970, lĩnh vực viễn thám quang học đã trải qua những thay đổi cách mạng và dần dần hình thành một lĩnh vực công nghệ biên giới phổ biến. Công nghệ viễn thám siêu âm là một công nghệ dựa trên rất nhiều dữ liệu hình ảnh băng tần hẹp, kết hợp công nghệ hình ảnh với công nghệ quang phổ để phát hiện không gian hình học hai chiều và thông tin quang phổ một chiều của mục tiêu và để có được dải hẹp, liên tục Dữ liệu hình ảnh với độ phân giải phổ cao. Công nghệ hình ảnh siêu âm đang phát triển nhanh chóng, và các công cụ phổ biến bao gồm quang phổ cách tử, quang phổ bộ lọc có thể điều chỉnh quang học, quang phổ Prism và lớp phủ chip.

Các đặc điểm kỹ thuật của viễn thám siêu âm là gì?

Hyperspectral （ camera hyperspectral ） băng tần đơn là hẹp, độ phân giải quang phổ của nó cao như thứ tự độ lớn nanomet (nm) (thường là dưới 10nm) Sự phản xạ / tán xạ vật liệu liên tục của dữ liệu quang phổ liên tục, có thể được thực hiện trong phạm vi của dải sóng hồng ngoại hồng ngoại, gần hồng ngoại và hồng ngoại trung gian và thu nhận dữ liệu siêu âm.

Phân biệt với công nghệ viễn thám đa phương truyền thống để phân biệt các mục tiêu dựa trên sự khác biệt về màu sắc, công nghệ viễn thám siêu âm có thể đạt được sự lấy mẫu riêng biệt trong không gian phổ và các mục tiêu có thể được phân biệt là những mục tiêu có sự khác biệt rõ ràng về không gian phổ, như các mục tiêu nước , thảm thực vật, và mặt đất trần. Viễn thám Hyperspectral là một công nghệ thu nhận thông tin đa chiều kết hợp công nghệ hình ảnh và công nghệ quang phổ, có thể thu nhận đồng thời thông tin không gian hai chiều của mục tiêu và thông tin phổ thứ ba và phân tích thông tin thành phần của vật liệu thông qua hình thái của hình thái Các đường cong quang phổ để xác định mục tiêu cũng như các tính năng mục tiêu, có thể phân biệt các loại khác nhau của cùng một loại tính năng. Theo các kịch bản ứng dụng khác nhau, tính chọn lọc của phổ trở nên linh hoạt và đa dạng, giúp cải thiện khả năng phân biệt và xác định các tính năng, phân biệt hiệu quả các loại khác nhau thuộc cùng một loại tính năng, nhận ra phổ khác nhau cho cùng một loại tính năng và Các tính năng khác nhau cho cùng một loại phổ, và làm giảm hiện tượng nhầm lẫn không gian phổ của các tính năng, chẳng hạn như hiện tượng của các loài cây khác nhau. Nó có thể làm giảm hiện tượng của sự nhầm lẫn không gian phổ của các tính năng, chẳng hạn như việc xác định các loài cây khác nhau và các khoáng chất khác nhau; Đồng thời, dữ liệu siêu âm có thể được sử dụng để trích xuất các thông số vật lý và hóa học sinh học, và phân tích sinh hóa của chất diệp lục A, lignin và cellulose của thảm thực vật.

Sự phát triển của công nghệ viễn thám siêu âm làm cho viễn thám từ phân tích định tính sang chuyển đổi định lượng hoặc bán định lượng, ứng dụng chính của công nghệ viễn thám truyền thống dựa trên phân tích định tính, một phần của kết quả phân tích định lượng của độ chính xác của kết quả không phải Lý tưởng, rõ ràng có liên quan đến độ phân giải phổ và không gian của cảm biến hình ảnh, sự can thiệp của nền khí quyển và đất và các hạn chế khác, hình ảnh độ phân giải siêu âm từ xa lần đầu tiên vượt qua độ phân giải quang phổ của một độ phân giải phổ cao. Bị phá vỡ thông qua giới hạn của độ phân giải quang phổ, phần lớn triệt tiêu ảnh hưởng của các yếu tố đáng lo ngại khác trong không gian quang phổ, rất hữu ích cho việc cải thiện độ chính xác của kết quả phân tích định lượng.

Ứng dụng Hyperspectral là gì?

So với hình ảnh có độ phân giải cao và đa phổ, hình ảnh siêu âm có độ phân giải phổ cao và nhiều dải, có thể thu được các đường cong tính năng phổ gần như liên tục của các tính năng và các dải cụ thể có thể được chọn hoặc trích xuất theo nhu cầu làm nổi bật các tính năng đích; Dữ liệu đường cong quang phổ liên tục được định lượng cung cấp các điều kiện để đưa phân loại hình ảnh vào mô hình cơ chế quang phổ của các tính năng, chứa thông tin phóng xạ, không gian và quang phổ phong phú, và là tổng hợp thông tin khác nhau. Nó chứa thông tin đo phóng xạ, không gian và quang phổ phong phú, và là một nhà cung cấp toàn diện của các thông tin khác nhau. Hình ảnh siêu âm được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực lập bản đồ địa mạo, thăm dò tài nguyên, viễn thám nông nghiệp, viễn thám môi trường, giám sát lâm nghiệp, viễn thám đất, cảm biến màu nước và khoa học khí quyển.

1. Viễn thám để phân loại tính năng

Hình vẽ cho thấy dữ liệu siêu âm của khu vực ven biển Dubai thu được từ các cảm biến từ xa siêu âm, có thể nhận ra chính xác thông tin của các loại tính năng chính, như các vùng nước, tòa nhà, đường, đất trống, v.v., thông qua phân loại tính năng và có thể là Được chia thành 3 ~ 5 các tiểu thể loại hiệu quả trong mỗi loại chính và cũng có thể nhận ra thông tin của các tàu ở biển xa.

踩踩踩 .jpg

2. Thám hiểm quặng

Công nghệ viễn thám siêu âm có thể cung cấp một sự thúc đẩy cho thăm dò địa chất. Dựa trên phân tích các đường cong quang phổ của các loại đá thu được, các loại phân phối khoáng sản và diện tích của nơi này có thể được biết đến. Hình vẽ cho thấy dữ liệu cảm biến từ xa siêu âm đã trích xuất hiệu quả hai loại thông tin khoáng sản của sericite và clorite ở khu vực Dulan của Qinghai, và sau khi chuyển đổi MNF, nó giúp tăng cường sự công nhận thông tin địa chất và địa chất kiến tạo.

矿石 .jpg

3. Viễn thám môi trường nước

Do sự tương đồng nhất định giữa quang phổ của cây nước và nước nở và phổ của thảm thực vật, rất khó để dữ liệu viễn thám đa điện thường được sử dụng để xác định chính xác nước hoa và chỉ có dữ liệu viễn thám siêu âm mới có thể nắm bắt được Sự khác biệt chi tiết về quang phổ giữa nước hoa phức tạp và biến đổi, nhà máy nước và vùng nước, để xác định chính xác nước nở hoa và cây nước. Hình vẽ cho thấy bản đồ môi trường của cơ thể nước khu vực Vân Nam Dianchi thu được từ cảm biến từ xa siêu âm truyền qua vệ tinh, có thể xác định rõ ràng chất hữu cơ hòa tan màu (CDOM), diệp lục A (CHL-A) và nồng độ chất rắn lơ lửng (TSM) trong vùng nước. Trong khi đó, các thông số chất lượng nước của các dòng sông và hồ khác ngoài Dianchi cũng có thể nhận ra rõ ràng trong hình ảnh.

矿石 .jpg

4. Viễn thám khí quyển

Giám sát cảm biến từ xa phát thải nguồn điểm mêtan được thực hiện ở Libya và Hoa Kỳ bằng cách sử dụng dữ liệu viễn thám siêu âm với các thuật toán đảo ngược nồng độ cột metan được tối ưu hóa. Hình (a) cho thấy kết quả của việc theo dõi rò rỉ khí mêtan từ giếng dầu marada ở Libya và hình (b) cho thấy kết quả theo dõi rò rỉ khí mêtan từ giếng dầu giữa DCP trong lưu vực Permian của Hoa Kỳ, có thể chính xác Theo dõi một vết phát xạ khí mê -tan rõ ràng trong khu vực.