SPECIM無(wú)人機(jī)高光譜成像遙感技術(shù)

高光譜遙感技術(shù)將成像技術(shù)與光譜技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了多維信息獲取，又名成像光譜遙感技術(shù)。高光譜遙感技術(shù)利用空間傳感器采集，測(cè)量物體的反射或輻射，通過(guò)獲取大量連續(xù)窄波段的波段數(shù)據(jù)來(lái)獲得地物目標(biāo)的光譜信息，能夠記錄完整且更為豐富的地物光譜特征。高光譜遙感技術(shù)所獲取的數(shù)據(jù)是一種連續(xù)的高分辨率窄波段光譜信息，能夠詳細(xì)地描述地表物體特征，實(shí)現(xiàn)圖譜合一。

隨著微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）、控制與導(dǎo)航系統(tǒng)及信息處理技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)（UAV）作為新型遙感平臺(tái)的條件逐漸成熟，同時(shí)大量小型化、高性能高光譜傳感器的研發(fā)也推動(dòng)了無(wú)人機(jī)與高光譜遙感的結(jié)合。而作為一種新興的遙感技術(shù)研究方向，無(wú)人機(jī)高光譜遙感技術(shù)可快速、高效地獲取地物空間信息和光譜信息，具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、成本效益高等優(yōu)勢(shì)，近些年來(lái)受到廣泛關(guān)注。

無(wú)人機(jī)高光譜遙感系統(tǒng)由高光譜成像儀、無(wú)人機(jī)、姿態(tài)位置測(cè)量系統(tǒng)、穩(wěn)定云臺(tái)、機(jī)載計(jì)算機(jī)及固定框架組成。無(wú)人機(jī)系統(tǒng)集成需要權(quán)衡多種因素，例如無(wú)人機(jī)的有效載荷、續(xù)航時(shí)間、成本、成像技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式和GNSS/IMU精度等。對(duì)無(wú)人機(jī)高光譜遙感平臺(tái)而言，最大有效載荷重量、續(xù)航時(shí)間以及起降方式是最主要的三個(gè)考慮因素。

無(wú)人機(jī)高光譜遙感技術(shù)在自然資源調(diào)查領(lǐng)域有著較大的優(yōu)勢(shì)。

在地質(zhì)礦產(chǎn)填圖方面，可將無(wú)人機(jī)高光譜數(shù)據(jù)與三維地質(zhì)模型相結(jié)合，提高地質(zhì)勘探和采礦監(jiān)測(cè)過(guò)程的可靠性和安全性，為地球科學(xué)研究、礦產(chǎn)勘探、采礦和地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)提供可靠的地質(zhì)信息來(lái)源。而在礦產(chǎn)資源調(diào)查方面，無(wú)人機(jī)高光譜遙感系統(tǒng)具有檢測(cè)周期短、資源敏感度高、可靈活部署等特點(diǎn)。

在水體質(zhì)量監(jiān)測(cè)方面，現(xiàn)今研究對(duì)象主要為湖泊、河流，使用的數(shù)據(jù)多為星載高光譜遙感數(shù)據(jù)，對(duì)于城市狹窄河流的水質(zhì)監(jiān)測(cè)，星載數(shù)據(jù)的空間和光譜分辨率無(wú)法滿足精確監(jiān)測(cè)的要求，使用無(wú)人機(jī)高光譜遙感系統(tǒng)則可以有效地彌補(bǔ)星載數(shù)據(jù)的不足。

上圖為利用高光譜數(shù)據(jù)區(qū)分不同苔蘚的主要棲息地。圖中泥炭的厚度約為1-5米，并且該流域中約80%的泥炭地已經(jīng)進(jìn)行過(guò)排水渠道的建設(shè)。

農(nóng)林業(yè)植被資源監(jiān)測(cè)方面，無(wú)人機(jī)高光譜遙感技術(shù)相關(guān)研究已廣泛應(yīng)用于病蟲害的監(jiān)測(cè)、土壤墑情的監(jiān)測(cè)、作物產(chǎn)量的預(yù)測(cè)以及對(duì)旱情的監(jiān)測(cè)、土壤含水率的監(jiān)測(cè)、對(duì)農(nóng)作物水分利用效率的監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。無(wú)人機(jī)高光譜遙感技術(shù)一定程度上改善了我國(guó)農(nóng)業(yè)水資源的管理與應(yīng)用。

上圖展示了一塊農(nóng)田在抽穗階段和成熟階段時(shí)的NDVI和PSRI分布情況。通過(guò)建立多種植物表型參數(shù)與生長(zhǎng)階段的相關(guān)性，我們可以更加精確的控制施肥量和預(yù)測(cè)收獲的時(shí)間。

對(duì)于無(wú)人機(jī)航拍等應(yīng)用，即使不搭載穩(wěn)定云臺(tái)，通過(guò)融合GNSS/IMU數(shù)據(jù)，也能實(shí)現(xiàn)精確的幾何校正，有效減少圖像畸變，提高圖像拼接的質(zhì)量，為后續(xù)的測(cè)繪、監(jiān)測(cè)等工作提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

上圖為利用塑料植物在700-1100nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)通常反射率較低，而真實(shí)植物擁有高反射的特性，將RGB輸出通道調(diào)整為660nm、700nm、800nm輸出偽彩圖，可以快速識(shí)別真假植物。

SPECIM AFX系列可以在有人或無(wú)人機(jī)載平臺(tái)上安裝和操作，支持各種GNSS/IMU傳感器、數(shù)據(jù)采集、動(dòng)力單元。包含數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理軟件的解決方案。

參考文獻(xiàn)
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關(guān)于Specim

作為高光譜成像（HSI）行業(yè)的龍頭公司之一，Specim產(chǎn)品涵蓋從可見(jiàn)光到熱紅外全部波段的測(cè)量，為用戶提供全面的高光譜成像解決方案，滿足工業(yè)、科學(xué)和研究用戶的不同需求。產(chǎn)品包括工業(yè)高光譜相機(jī)、實(shí)驗(yàn)室高光譜相機(jī)以及機(jī)載高光譜相機(jī)，適配客戶特定的使用場(chǎng)景。Specim以分揀機(jī)客戶為核心，同時(shí)在分選回收、食品和制藥等行業(yè)也擁有廣泛的客戶群體。去年，Specim正式推出全新的SpecimONE高光譜成像平臺(tái)，該平臺(tái)使高光譜成像技術(shù)更便利、更快捷地與分揀機(jī)相結(jié)合。2021年起，SpecimONE平臺(tái)可開始交付。借助SpecimONE平臺(tái)，柯尼卡美能達(dá)將進(jìn)一步擴(kuò)大工業(yè)領(lǐng)域中高光譜成像的業(yè)務(wù)。