Кіріспе
Электромагниттік спектрдің әртүрлі диапазондарында бейне деректерін алу
Мултиспектрлік бейнелеу электромагниттік спектрдегі белгілі бір толқын ұзындығы диапазондарында бейне деректерін түсіреді. Толқын ұзындықтары сүзгілер арқылы бөлінеді немесе инфрақызыл және ультракөк сияқты көзге көрінбейтін жиіліктердегі жарыққа сезімтал құралдармен анықталады. Бұл адам көзінің қызыл, жасыл және көк түстерді қабылдайтын рецепторларымен түсіре алмайтын қосымша ақпаратты алуға мүмкіндік береді. Алғашқыда ол әскери нысаналарды анықтау және барлау үшін әзірленген. Алғашқы ғарыштан алынған бейнелеу платформалары жағалау сызықтары, өсімдіктер және жер бедері туралы мәліметтерді картаға түсіру үшін мултиспектрлік бейнелеу технологиясын қолданды. Мултиспектрлік бейнелеу құжаттарды және картиналарды талдауда да пайдаланылады.
Спектрлік жолақты пайдалану
Әр түрлі мақсаттар үшін спектрлік жолақтың әртүрлі комбинацияларын қолдануға болады. Олар әдетте қызыл, жасыл және көк түсті арналармен көрсетіледі. Жолақтарды түстерге сәйкестендіру суреттің мақсатына және талдаушылардың жеке қалауларына байланысты. Термиялық инфрақызыл әдетте нашар кеңістіктік ажыратымдылығы болғандықтан ескерілмейді, ерекше жағдайлар болмаса. Шын түс тек қызыл, жасыл және көк арналарды қолданады, олар тиісті түстерге сәйкес келеді. Түсті фотосурет ретінде, ол адам жасаған нысандарды талдауға қолайлы және бастаушы талдаушылар үшін түсіну оңай. Жасыл-қызыл-инфрақызыл комбинациясында көк арна жақын инфрақызылмен алмастырылады, бұл өсімдіктерді тануға арналған, себебі олар жақын инфрақызыл сәулелерді жақсы шағылыстырады және көк түспен көрсетіледі. Бұл комбинация өсімдіктерді және маскировканы анықтау үшін жиі қолданылады. Көк-NIR-MIR комбинациясында көк арна көк түсті, жасыл арна NIR-ді (сонда өсімдіктер жасыл болып қалады) пайдаланады, ал MIR қызыл түспен көрсетіледі. Мұндай суреттер судың тереңдігін, өсімдік жамылғысын, топырақтың ылғалдылығын және өрттің болуын бір суретте көруге мүмкіндік береді. Тағы да көптеген басқа комбинациялар қолданылады. NIR көбінесе қызыл түспен көрсетіледі, сондықтан өсімдіктермен жабылған аймақтар қызыл болып көрінеді.
Типтік спектрлік жолақтар
Толқын ұзындығы шамамен берілген; нақты мәндер нақты құралдарға байланысты (мысалы, Жерді байқауға арналған спутниктік сенсорлардың сипаттамалары, жарықтандырудың және құжаттарды талдауға арналған сенсорлардың сипаттамалары): Көк түс, 450–515/520 нм, атмосфераны және терең суды бейнелеу үшін қолданылады, мөлдір суда 150 футқа (46 м) дейін тереңдікке жете алады. Жасыл түс, 515/520–590/600 нм, өсімдіктерді және терең су құрылымдарын бейнелеу үшін қолданылады, мөлдір суда 90 футқа (27 м) дейін. Қызыл түс, 600/630–680/690 нм, адам жасаған нысандарды, 30 футқа (9 м) дейін тереңдіктегі суды, топырақты және өсімдіктерді бейнелеу үшін қолданылады. Жақын инфрақызыл (NIR), 750–900 нм, негізінен өсімдіктерді бейнелеу үшін қолданылады. Орта инфрақызыл (MIR), 1550–1750 нм, өсімдіктерді, топырақтың ылғалдылығын және кейбір орман өрттерін бейнелеу үшін қолданылады. Алыс инфрақызыл (FIR), 2080–2350 нм, топырақты, ылғалдылықты, геологиялық ерекшеліктерді, силикаттарды, сазды және өрттерді бейнелеу үшін қолданылады. Термиялық инфрақызыл, 10,400–12,500 нм, геологиялық құрылымдарды, су ағымдарының температуралық айырмашылықтарын, өрттерді және түнгі зерттеулерді бейнелеу үшін шағылысқан сәулеленудің орнына шығарылған сәулеленуді пайдаланады. Радар және оған ұқсас технологиялар жер бедерін картаға түсіруге және әртүрлі нысандарды анықтауға пайдалы.
Blue, 450–515/520 nm, is used for atmosphere and deep water imaging, and can reach depths up to 150 feet (46 m) in clear water. Green, 515/520–590/600 nm, is used for imaging vegetation and deep water structures, up to 90 feet (27 m) in clear water. Red, 600/630–680/690 nm, is used for imaging man made objects, in water up to 30 feet (9 m) deep, soil, and vegetation. Near infrared (NIR), 750–900 nm, is used primarily for imaging vegetation. Mid infrared (MIR), 1550–1750 nm, is used for imaging vegetation, soil moisture content, and some forest fires. Far infrared (FIR), 2080–2350 nm, is used for imaging soil, moisture, geological features, silicates, clays, and fires. Thermal infrared, 10,400–12,500 nm, uses emitted instead of reflected radiation to image geological structures, thermal differences in water currents, fires, and for night studies. Radar and related technologies are useful for mapping terrain and for detecting various objects.
Деректерді талдау бағдарламалық жасақтамасы
MicroMSI NGA-мен мақұлданған. Opticks – ашық кодты қашықтан сезіктелген деректерді өңдеу қосымшасы. Multispec – тегін көп спектрлі талдау бағдарламалық қамтамасы. Gerbil – ашық кодты көп спектрлі визуализациялау және талдау бағдарламалық қамтамасы.
Әскери мақсаттарды бақылау
Көп спектрлі бейнелеу жарық шығарылуын өлшеуге арналған және әскери нысаналарды анықтау немесе қадағалау үшін жиі қолданылады. 2003 жылы АҚШ Армиясының ғылыми-зерттеу зертханасы мен Федералды зертхана ынтымақтастық технологиялар альянсы қос жолақты көп спектрлі бейнелеу фокустық жазықтық массивін (FPA) ұсынды. Бұл FPA зерттеушілерге екі инфрақызыл (IR) жазықтықты бір уақытта қарауға мүмкіндік берді. Орта толқынды инфрақызыл (MWIR) және ұзын толқынды инфрақызыл (LWIR) технологиялары нысанға тән сәулеленуді өлшейтіндіктен және сыртқы жарық көзін қажет етпейтіндіктен, олар жылулық бейнелеу әдістері деп те аталады. Жылулық бейнелеу құрылғысы түсірген суреттің жарықтығы нысанның эмиссиялық қабілетіне және температурасына байланысты. Кез келген материалдың инфрақызыл қолтаңбасы бар, ол нысанды анықтауға көмектеседі. Бұл қолтаңбалар гиперспектрлік жүйелерде (көп спектрлі жүйелерге қарағанда әлдеқайда көп жолақта бейнелейтін) және желге, ал одан да айқын жаңбырға ұшырағанда нашар көрінеді. MWIR технологиясын қолданатын бейнелеу жүйелері нысанның бетіндегі күн сәулесінің шағылысуымен жақсы жұмыс істейді және LWIR технологиясына қарағанда қозғалтқыштар сияқты ыстық нысандардың анық суреттерін шығарады. Дегенмен, LWIR түтін немесе тұман сияқты тұманды ортада жақсы жұмыс істейді, себебі ұзын толқын ұзындықтарында шашырау аз болады. Әдетте, Жерді бақылау спутниктерінің үш немесе одан көп радиометрлері болады. Әрқайсысы тар спектрлік жолақта бір цифрлық суретті (дистанциялық зондтауда «бейне» деп аталады) алады. Жолақтар жарықтың шығу тегіне және зерттеушілердің қызығушылығына байланысты толқын ұзындығы аймақтарына топтастырылады.
Ауа райы болжамы
Қазіргі заманғы ауа райы спутниктері түрлі спектрдегі кескіндерді шығарады. Landsat спутниктерінің жағдайында, бірнеше түрлі жолақ белгілеулері қолданылды, соның ішінде 11 жолақтан (Landsat 8) тұратын көп спектрлі кескін. Жоғары радиметриялық ажыратымдылығы бар (жүздеген немесе мыңдаған жолақтарды қамтитын), нақтырақ спектрлік ажыратымдылығы бар (кіші жолақтарды қамтитын) немесе кең спектрлік жабылуы бар спектрлік бейнелеу гиперспектрлік немесе ультраспектрлік деп аталуы мүмкін. Кескін ультракүлгін, көрінетін және инфрақызыл сәулелермен сәулелендіріледі және шағылысқан сәуле спектрдің осы аймағына сезімтал камерамен тіркеледі. Кескін шағылысқан сәуле орнына берілген сәуле арқылы тіркелуі мүмкін. Арнайы жағдайларда кескін ультракүлгін, көрінетін немесе инфрақызыл сәулелермен сәулелендірілуі мүмкін және пигменттер мен лактардың флуоресценциясы тіркелуі мүмкін. Көп спектрлік талдау ежелгі папирустарды түсіндіруге көмектесті, мысалы, Геркуланумда табылғандарды, инфрақызыл диапазондағы (1000 нм) фрагменттерді бейнелеу арқылы. Көбінесе, құжаттардағы мәтін қара қағазға жазылған қара сия секілді көзге көрінбейді. 1000 нм-де қағаз бен сияның инфрақызыл сәулені шағылыстыру әдісіндегі айырмашылық мәтінді анық оқуға мүмкіндік береді. Бұл сондай-ақ Архимед палимпсесті 365–870 нм жолақтарындағы пергамент парақтарын бейнелеу үшін қолданылды, содан кейін Архимедтің еңбектерімен байланысты мәтінді ашу үшін жетілдірілген цифрлық кескін өңдеу техникалары қолданылды. Көп спектрлік бейнелеу Йель университетіндегі Меллон қоры жобасында ортағасырлық ағылшын қолжазбаларындағы сияларды салыстыру үшін пайдаланылды. Көп спектрлік бейнелеу ескі кітаптар мен қолжазбалардағы түссізденулер мен дақтарды зерттеу үшін де қолданылды. Дақтың "спектрлік саусақтың ізін" белгілі химиялық заттардың сипаттамаларымен салыстыру оны анықтауға мүмкіндік береді. Бұл техника медициналық және алхимиялық мәтіндерді зерттеу үшін қолданылды, ертедегі химиктердің қызметі және олардың тәжірибелерінде қолданған мүмкін химиялық заттар туралы ақпарат іздеу үшін. Ежелгі химиктер, мысалы, әйелдердің кітабына ұн немесе сірке су төгіп алғандай, дәрі-дәрмектер жасау үшін қолданылған ингредиенттердің беттерінде із қалдырған болуы мүмкін.
(involving hundreds or thousands of bands), finer spectral resolution (involving smaller bands), or wider spectral coverage may be called hyperspectral or ultraspectral. The painting is irradiated by ultraviolet, visible and infrared rays and the reflected radiation is recorded in a camera sensitive in this region of the spectrum. The image can also be registered using the transmitted instead of reflected radiation. In special cases the painting can be irradiated by UV, VIS or IR rays and the fluorescence of pigments or varnishes can be registered. Multispectral analysis has assisted in the interpretation of ancient papyri, such as those found at Herculaneum, by imaging the fragments in the infrared range (1000 nm). Often, the text on the documents appears to the naked eye as black ink on black paper. At 1000 nm, the difference in how paper and ink reflect infrared light makes the text clearly readable. It has also been used to image the Archimedes palimpsest by imaging the parchment leaves in bandwidths from 365–870 nm, and then using advanced digital image processing techniques to reveal the undertext with Archimedes' work. Multispectral imaging has been used in a Mellon Foundation project at Yale University to compare inks in medieval English manuscripts. Multispectral imaging has also been used to examine discolorations and stains on old books and manuscripts. Comparing the "spectral fingerprint" of a stain to the characteristics of known chemical substances can make it possible to identify the stain. This technique has been used to examine medical and alchemical texts, seeking hints about the activities of early chemists and the possible chemical substances they may have used in their experiments. Like a cook spilling flour or vinegar on a cookbook, an early chemist might have left tangible evidence on the pages of the ingredients used to make medicines.