多光谱对比高光谱:选择正确的技术

多光谱对比高光谱:选择正确的技术


发布日期: 2024-04-22 更新日期: 2024-04-22 编辑:xuzhiping 浏览次数: 460

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摘要: 光谱成像已成为从农业到环境管理等许多领域的宝库。高光谱和多光谱成像处于该技术的前沿。高光谱成像可捕获数百个窄波段的超精细光谱细节,从而实现复杂的材料分析和目标检测。虽然功能强大,但这种方法需要复杂的数据处理和专家解释。 与高光谱成像相比,多光谱通过捕获更少、...

多光谱对比高光谱:选择正确的技术

光谱成像已成为从农业到环境管理等许多领域的宝库。高光谱和多光谱成像处于该技术的前沿。高光谱成像可捕获数百个窄波段的超精细光谱细节,从而实现复杂的材料分析和目标检测。虽然功能强大,但这种方法需要复杂的数据处理和专家解释。

与高光谱成像相比,多光谱通过捕获更少、更宽的光谱带,牺牲一些光谱分辨率以实现简单性、成本效益和更快的数据输出,从而达到平衡。本文我们将讨论高光谱和多光谱成像的优点和局限性,以及哪种技术适合哪种现实场景。

高光谱成像和多光谱成像有什么区别?

高光谱和多光谱技术之间的主要区别在于捕获的波段数量、这些波段的窄度(光谱分辨率)以及每个波段内包含的电磁辐射光谱。

  • 多光谱成像和高光谱成像哪个波段更多?
  • 顾名思义,高光谱成像 (HSI) 比多光谱成像 (MSI) 覆盖更多的光谱带。

多光谱卫星星座收集电磁频谱有限部分(五到十个频段)的数据;通常,它是 RGB(红、绿、蓝三种基色)和一些红外波段。高光谱卫星能够区分数千个单独的光谱带。

在这里我们看到一个例子,MSI 包括相当宽的短波红外、近红外和 RGB 波段。许多没有描述性名称的极窄波段(10-20 nm)构成了高光谱图像。

高光谱成像和多光谱成像有什么区别

高光谱和多光谱图像的波段覆盖范围。

多光谱和高光谱成像技术的各个方面

高光谱和多光谱成像卫星主要在LEO(近地轨道)运行。Landsat、Sentinel-2 和EOS SAT-1等 MSI 卫星提供区分土地覆盖特征和景观格局所必需的信息。高光谱传感器可以看到更多的信息,因此它们甚至可以识别和量化材料。虽然额外的条带确实可以更容易地区分更多细节,但它们也需要消除冗余数据,并使分析变得更加复杂和昂贵。

光谱和空间分辨率

HSI 提供高光谱分辨率,因为它可以精确区分波长。同时,它与低空间分辨率相关。与高光谱传感器相比,多光谱传感器更适合需要通用光谱数据的应用,因为它们在更宽和更少的波段内运行。话虽如此,MSI的空间分辨率通常更高。

数据大小和处理

由于高光谱遥感产生大量详细数据,数据处理需要复杂且资源密集的方法。为了正确解释,需要专业的软件和知识。

与高光谱相比,多光谱数据处理起来更容易、更快,因为光谱带更少。这在快速或实时分析至关重要的情况下非常有效。如今,广泛开放、用户友好的软件和资源使 MSI 的分析变得更加容易,使该技术可以应用于各种行业和应用。

数据大小和处理

多种波段组合选项。

成本

传感器的复杂性和所获取数据的后续处理决定了任一选项的定价。与多光谱相比,高光谱成像通常成本更高且资源密集。除非需要确切的数据(例如材料数据),否则会使用前者,这是一种更实惠的选择。

对大气条件的依赖

高光谱与多光谱遥感很容易受到环境条件的影响,需要彻底的校准。因此,HSI 只能用于受控环境或非常特殊的科学研究。多光谱成像没有这些限制;它适用于广泛的环境,受大气干扰影响较小,因此具有更多的潜在用途。

恒生指数有很多尚未开发的潜力,但目前它主要用于科学研究。另一方面,MSI 足以满足临时用户在一系列遥感应用中的需求。大多数卫星和星座都提供可在EOSDA LandViewer 平台上轻松获得的多光谱数据。

对大气条件的依赖

多光谱和高光谱技术的应用

多光谱和高光谱成像在不同领域有许多实际用途,包括农业、环境研究、灾害管理等。高光谱图像更常用于地质学和矿物开发等领域,以收集有关材料的信息,而 MSI 则用于农业和林业,以收集有关地球表面、其覆盖范围和变化模式的数据。

精准农业

与高光谱数据相比,多光谱数据具有可访问性和易于分析的特点,因此在农业顾问和其他农业企业参与者的精准农业解决方案中已变得常见。高分辨率 MSI 支持农民进行作物健康监测、病虫害识别、精准灌溉和可变施肥。另一个应用是通过区分不同的作物以及植被覆盖和裸地来帮助可持续的土地管理。

精准农业

使用 MSI 传感器检测到该地区植被覆盖和裸露的田地。

植被分析

使用多光谱和高光谱数据研究植被覆盖的许多方面。植被变化检测(尤其是使用 MSI)对于监测特定区域的植物覆盖随时间的变化至关重要。卫星图像还可用于评估植物多样性,作为生物多样性研究的一部分。

环境监测

MSI 非常适合发现土地利用和植物覆盖的变化以及评估森林和湿地等不同生态系统的健康状况。在绘制水文结构图时,高光谱图像可能会有所帮助。研究人员越来越多地转向高光谱和多光谱遥感,以更好地监测水体、污染和水质变化。

灾害管理

应急准备和灾害评估非常依赖遥感技术。MSI 对于评估地震、洪水、飓风以及其他自然和人为灾难造成的损失非常有用。最重要的是,通过从最偏远和最不发达的地区近乎实时地提供数据,它有助于灾难响应协调和分配。例如,多光谱数据被广泛用于分析和减轻2023 年的自然灾害。

灾害管理

多光谱卫星捕获的巴西近期洪水动态。

林业

多光谱和高光谱传感器的进步大大简化并提高了远程树种检测的准确性。在评估森林健康、密切关注森林砍伐和可持续林业管理方面,MSI 的价值无可估量。通过密切监测植物健康状况的变化和偏差,光谱成像在检测可能面临野火风险的区域中发挥着重要作用。

高光谱和多光谱成像的前景一片光明,其使用量已经有所增加。随着传感器小型化和数据分析的进步,HSI 预计将变得更容易使用。通过扩大其光谱覆盖范围并将其与其他遥感方法相结合,多光谱成像将获得更深入的视图。

多光谱对比 高光谱:选择哪一种?

在多光谱和高光谱成像之间做出决定时,请评估哪一个与您的任务更相关: 更高的光谱细节或操作效率。高光谱传感器可检测大量窄带,提供有关不同材料独特光谱特征的广泛信息。然而,如此高的光谱分辨率需要卓越的计算能力、复杂的数据处理和专业知识来解释结果。

由于其光谱分辨率和操作效率之间的实际平衡,多光谱成像经常战胜高光谱成像。客户可以通过 MSI 享受更经济的解决方案,因为它不需要那么多的数据存储和处理复杂性。同时,多光谱高分辨率卫星图像可以提供土地覆盖的详细可视化。当鸟瞰图就足够并且不需要超精细光谱辨别时,多光谱成像是一种实用的解决方案,可以节省资金并完成工作。

本文内容来源于网站:https://eos.com/blog/multispectral-vs-hyperspectral-imaging/,由小编整理编译。

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