2. Định dạng dữ liệu và cấu trúc tệp

Định dạng lưu thông thường được sử dụng cho các máy ảnh phổ cao là định dạng tiêu chuẩn ENVI, bao gồm các tệp.hdr và.raw, và một số thiết bị cũng đi kèm với tệp.dci để thu thập thông tin.

2.2 Giới thiệu định dạng ENVI(.hdr + .raw)

Giới thiệu về siêu thông tin lưu trữ hdr (bước sóng, kích thước, loại dữ liệu, v.v.)

Tệp.hdr là văn bản thuần túy, được xác định bởi tiêu chuẩn ENVI, ghi lại tất cả các thông tin quan trọng (chiều rộng W) cho toàn bộ hình ảnh quang phổ cao.

·lines (chiều cao H)

·Bands (số phổ)

·interleave (lưu trữ như BIP/BSQ/BIL)

·data type (kiểu dữ liệu như uint16, float32)

·Wavelength (bước sóng tương ứng với mỗi dải)

·Sensor Type (Loại cảm biến)）

Giới thiệu về ma trận dữ liệu quang phổ lưu.raw

.raw là một tệp nhị phân thuần túy ghi lại số lượng ban đầu của tất cả các pixel so với dải. Nó chỉ chứa chính dữ liệu, không có thông tin về kích thước, bước sóng và phải được sử dụng với tệp.hdr.

Dữ liệu thường được lưu trữ theo một trong ba cách sau:

·BSQ (lưu trữ theo băng tần)

·Bill (Lưu trữ theo dòng)

·BIP (lưu trữ theo pixel)

Các cách lưu trữ khác nhau có thể ảnh hưởng đến tốc độ đọc và hiệu quả xử lý dữ liệu.

Giới thiệu thông tin thu thập dữ liệu lưu trữ dci

Máy ảnh High Spectrum tạo ra các tập tin.dci tùy chỉnh ghi lại:

·Camera (mẫu máy ảnh)

·RGB (RGB khi thu thập dữ liệu)

·ExposureTime (Thời gian phơi sáng)

·Gain (đạt được)

·ObjectDistance Tốc độ nền tảng di động hoặc bước (Push camera)

·Địa chỉ POS:

·Longitude, latitude (kinh độ và vĩ độ)

·Altitude (độ cao)

·height (chiều cao tương đối)

Tệp này chủ yếu phục vụ hồ sơ thử nghiệm và thường không tham gia vào quá trình xử lý dữ liệu.

Máy ảnh quang phổ cao trên mặt đất Máy ảnh quang phổ cao trên không

2.2 Kích thước dữ liệu(H × W × Bands)

Hình ảnh quang phổ cao cuối cùng tạo thành một khối dữ liệu ba chiều:

·H (height): chiều cao hình ảnh

·W (Width): Chiều rộng hình ảnh

·Bands (Bands): Mỗi pixel có bao nhiêu chiều

Do đó, lượng dữ liệu quang phổ cao lớn hơn nhiều so với hình ảnh thông thường và là một trong những nguồn thách thức đối với thiết kế thuật toán tiếp theo.

2.3 Mô hình thu thập thông thường và ảnh hưởng(Đẩy quét vs mặt trận)

Phương pháp thu thập máy ảnh quang phổ cao chủ yếu chia làm hai loại lớn là đẩy quét (quét đường) và mặt trận (chụp nhanh), mỗi loại thích hợp cho các tình huống ứng dụng khác nhau.

1) Đẩy máy ảnh phổ cao

Còn được gọi là máy ảnh mảng dây, chỉ lấy một đường (hướng X) mỗi lần để hoàn thành quét hướng Y trong quá trình di chuyển mẫu hoặc máy ảnh. Quá trình hình ảnh là: sau mỗi lần tạo thành một hình ảnh (hướng X), trong quá trình phát hiện băng tải của hệ thống, máy dò sắp xếp quét ra một quỹ đạo hình vành đai để hoàn thành quét dọc (hướng Y). Thông tin quét dọc tổng hợp có thể thu được dữ liệu hình ảnh quang phổ cao 3 chiều của mẫu.

Nguyên tắc hình ảnh:

·Có một khe hở bên trong máy ảnh

·Ánh sáng được chiếu lên máy dò mảng dây sau khi đi qua quang phổ raster

·Nền tảng chuyển động (hoặc băng tải) đẩy mẫu để máy ảnh quét từng dòng một

·Cuối cùng hình thành một khối phổ cao hoàn chỉnh

Tính năng:

Độ phân giải phổ cao
Tiếng ồn thấp
Thích hợp cho dây chuyền lắp ráp công nghiệp, quét cây trồng, quét phòng thí nghiệm, v.v.

2) Máy ảnh quang phổ cao mảng mặt

Còn được gọi là máy ảnh quang phổ cao chụp nhanh, tất cả các chiều không gian có thể được lấy chỉ với một lần phơi sáng.

Các kỹ thuật phổ biến bao gồm:

·Mảng lăng kính quang phổ

·Bộ lọc đa phân vùng (như IMEC)

·Hệ thống tách chùm đa kênh

3. Đọc và trực quan hóa dữ liệu

Việc đọc và trực quan hóa dữ liệu quang phổ cao, có thể được xử lý trực tiếp bằng phần mềm viễn thám quang phổ cao tích hợp tốt, cũng có thể được lập trình để xử lý đọc như python hoặc MATLAB, đường cong quang phổ cao ban đầu là thông tin giá trị DN, DN là máy dò máy ảnh chuyển tín hiệu quang thành giá trị kỹ thuật số, về cơ bản là "mức xám pixel". Nó không phải là một đại lượng vật lý và do đó cần phải được chuyển đổi thành dữ liệu phản xạ hoặc bức xạ trong quá trình phân tích dữ liệu. Sau đây là các trường hợp đọc mã đơn giản.

3.1 Đọc ví dụ

Python đọc mã mẫu hình ảnh phổ cao

MATLAB đọc mã hình ảnh phổ cao

3.2 Tổng hợp màu

Màu thật (True Color)

Chọn bước sóng tương ứng với mắt người:

·R = 660 nm

·G = 550 nm

·B = 450 nm

Hình ảnh hiện ra nhất trí với thị giác mắt thường.

Thích hợp cho: cảnh vật tự nhiên, viễn thám nông nghiệp, phân tích phạm vi ánh sáng nhìn thấy của con người.

Màu giả (False Color)

Chọn các dải khác có tính đại diện, chẳng hạn như:

·R=800 nm (gần hồng ngoại)

·G = 660 nm

·B = 550 nm

Cận hồng ngoại thể hiện tình trạng sinh lý thực vật, do đó thường được sử dụng trong: giám sát sức khỏe thực vật, tăng cường phổ mục tiêu cao, phân loại địa chất

Màu giả có thể củng cố một số khác biệt phổ nhất định và là lợi thế của dữ liệu phổ cao *.

Tổng hợp màu thật Tổng hợp màu giả

3.3 Vẽ đường cong quang phổ

Trong hình ảnh phổ cao, mỗi điểm ảnh tương ứng với một đường cong phổ.
Nhấp vào bất kỳ vị trí nào trong phần mềm để xem độ phản xạ quang phổ/độ sáng nan hoa của nó thay đổi theo bước sóng như thế nào. Bạn cũng có thể chọn vùng và hình ảnh không đều để tính trung bình tất cả các điểm ảnh như roi.

Kết luận

Hình ảnh quang phổ cao có vẻ "lạnh", nhưng về cơ bản, nó chỉ quan sát thế giới theo một cách chi tiết hơn: không chỉ hình dạng, màu sắc, mà còn cả vật chất thực sự trông như thế nào trong chiều phổ. Hy vọng bài viết này sẽ giúp bạn thực hiện một bước vững chắc hơn trên con đường nhận ra công nghệ High Spectrum. Phần tiếp theo chúng ta sẽ xem xét các phương pháp tiền xử lý cho hình ảnh phổ cao.