مروری بر مشخصات کلیدی دوربین های تصویر برداری طیفی

مروری بر مشخصات کلیدی ، فراتر رفتن از باند مرئی و محدودیت طیف ها در دوربین های سنتی موجب
گشوده شدن دریچه ای رو به امکانات و قابلیت های جدید در تشخیص ، تهیه نقشه و اندازه گیریهای سطوح
و نیز ویژگی های مواد مختلف شده است.
کاربردهای تصویربرداری طیفی در حال حاضر در زمینه های میان رشته ای و نیز کنترل کیفیت در کاربرد
های صنعتی،کشاورزی،جغرافیا و محیط زیست و نقشه های شهری رو به افزایش است.
بازار به سرعت در حال توسعه شامل افزایش رنج مدل های دوربین و ارائه دهندگان تجهیزات در این زمینه
است.متعاقبا، نقشه برداران و افراد حرفه ای که به تازگی وارد این مبحث شده اند ممکن است با این مسئله
که چه خصوصیات اصلی باید متناسب با نیازشان در نظر بگیرند کلنجار می روند . این مقاله سعی دارد
خصوصیات اصلی که هنگام انتخاب دوربین طیفی باید در نظر گرفت را روشن کند.
ما به ویژگی های منتخبی که تصویر برداری طیفی را از دوربین های فتوگرامتری سنتی جدا میسازد فوکوس
کردیم . با تاکید بر طول موج های مرئی تا حرارتی اینفرارد، از آنجایی که تصویر برداری طیفی بر پایه قوانین
فیزیکی نور و ارتباطات است،اندازه گیری انرژی سطح به عنوان یک function مواد و طول موج، جز موارد
خاصی است که در استفاده از دوربین های طیفی باید در نظر گرفته شود.
برای تصویر برداری طیفثی ویژگی های کلیدی زمانی اهمیتشان مشخص می شود که دوربین برای کاربرد
خاصی استفاده می شود.چند طیفی تنها کمی )کمتر از 10 ( طیف را برداشت می کند در حالی که ابر طیفی ها
باند های طیفی باریک )معمولا بیشتر از 100 تا( را برداشت می کند. نتیجه منحنی های طیفی پیوسته این
اجازه را می دهد که اختلافات اندک مواد از یک دیگر تمیز داده شود. هر دو نوع دوربین های فریم و نیز
سنسورهای خطی در تصویر برداری طیفی رایج است.
که هر کدام در اخذ تصویر و هندسه تصویر تفاوت های واضحی دارند.بنابه تعداد زیاد باندها تصویر برداری
ابر طیفی معمولا به صورت سنسور های خطی پوشبروم ) pushbroom ( طراحی شده است که نیاز به حرکت
یک بعدی سنسور در اسکن یک عارضه جهت رسیدن به یک تصویر است.البته با پیشرفتهای اخیر شاهد
حضور تصویربرداریهای ابر طیفی فول فریم نیز هستیم اپرچه با رزولوشن طیفی پایینشان دارای محدودیت
هستند.
در سنسورهای خطی ابرطیفی برای همه ی پیکسلهای موجود در یک خط سنسور باندهای طیفی بصورت
بین خطوط تصویر است و در مقابل در offset همزمان اخذ میشود که نتیجه ی آن در طول زمان وجود یک
دوربین های ابرطیفی فول فریم ، باندهای همه ی پیکسلها در دو بعد بصورت همزمان اخذ میشود که نتیجه
بین باندها میباشد.بنابراین برای خیلی از تصویربرداریهای طیفی زمان تنها offset ی آن در طول زمان وجود
در قالب باز شدن شاتر بررسی نمیشود.
مانند هر سیستم تصویربرداری دیگر و نیز ابزار اندازه گیری سه بعدی ،سایز، وزن و انرژی مصرفی میتواند
ها بسیار رایج اس و نیز uav بسیار حائز اهمیت باشد.در حال حاضر دوربین های سبک چند طیفی مناسب
نیاز به یک مصالحه compact سیستم های تصویر برداری ابرطیفی در دسترس است .در دوربین های سبک
بین رزولوشن طیفی و نیز عملکرد دوربین باید وجود داشته باشد.
که near infrared با 5 باند شامل باند مرئی و )MicaSense RedEdge( نمونه ای از دوربین چند طیفی
ها برای نقشه پوشش گیاهی استفاده میشود. UAV در
رنج طیفی
رنج طیفی محدوده ای از تابش الکترومغناطیس قابل اندازگیری توسط دستگاه مورد نظر است که معمولا
بصورت طول موج یا فرکانس بیان میشود.رنج طیفی با در نظر گرفتن جنس عارضه مورد نظر یک ضرورت
در انتخاب است که باید بدانیم وییپی های طیفی هر ماده که موجب تمیز آن میشود چیست.سنسورحساس
به نورهای متفاوت رنج های متفاوتی از طیف را پوشش میدهد.
ابزارهای چند طیفی میتوانند باندهای غیر پیوسته در محدوده ها متفاوت بدهند .در حالیکه سنسورهای ابر
طیفی محدوده ی طیفی را بصورت پیوسته پوشش میدهد.دوربین های خیلی کمی وجود دارد که چندین سنسور
برای پوشش وسیعتر رنج های طیفی را تنها در یک دستگاه قرار دهد.و تک دستگاهی که بتواند همه ی طیف
ها از مرئی تا حرارتی infrared را پوشش دهد.
نمونه ای دوربین ابرطیفی با تکنولوژی پوشبروم ) HySpex SWIR-320m ( با 240 باند با موج اینفرارد کوتاه
در کارهای نقشه برداری طمینی .نتیجه تلفیق تصویر ابرطیفی با مدل سه بعدی زمینی
رزولوشن طیفی
رزولوشن طیفی تنها با تعداد باندها مشخص نمیشود بلکه پارامترهایی مانند band sampling و عرض باند
در آن موثر است. برای سنسورهای ابرطیفی معمولا مقداری که برای رزولوشن طیفی بیان میشود مربوط به
نمونه برداری باند ) Band Sampling ( است که در واقع فاصله ی بین دو مرکز باند است. پهنای باند به تابع
پاسخ طیفی مربوط میشود و معمولا به صورت Full wave بر Half Maximum بیان میشود FWHM .
پهنای باند معمولا با طول موج افزایش میابد. رزولوشن طیفی یکی از ویژگی های بسیار مهم در تخمین سطحی
از جزئیات که دارای مشخصه های طیفی جهت تحلیل و آنالیز است. دستگاه ها با بالاترین عملکرد سعی در
آن دارند که همپوشانی طیفی بین باندهای همسایگی را به کمترین میزان برساند و در نتیجه آیا تفاوتهای نا
محسوس مواد می توانند با موفقیت از یکدیگر تمیز داده شود یا نه.
عملکرد اندازه گیری در تصاویر طیفی به موضوع بسیار گسترده ای است که در این مجال تنها میتوان گوشه
ای از آن را عنوان کرد.پارامترهایی نظیر نویز ذاتی )تفکیک ناپذیر( سنسورها یا اعوجاجات نوری زمان انتخاب
دستگاه متناسب با کاربرد باید به دقت در نظر گرفته شود.
نویز ذاتی سنسور معمولا تنها در قالب یک مقدار بیان میشود که همان نسبت سیگنال به نویز یا SNR است ،
از آنجاییکه SNR به طول موج وابسته است باید به عنوان یک Function باندهای طیفی مورد بررسی قرار
گیرد.علاوه بر این SNR به روش های مختلفی میتواند محاسبه شود که مقایسه بین دستگاه های مختلف را
میتواند مشکل سازد.
بسیاری از سنسورها ی ابر طیفی بصورت سنسورهای خطی طراحی شده اند.در این سنسورها خطای لبخند
( SMILE EFECT ( و keystone بصورت اعوجاجات طیفی ظاهر میشوند که به همین خاطر در عملکرد اندازه
گیری ها بسیار حیای و مهم است.
پارامترهای keystone بصورت ثبت غیردقیق باند به باند بیان میشود در حالیکه اثر smile نتیجه ی شیفت
طول موج طیفی بین پیکسلهای موجود در خط سنسور است.
در آخر باید گفت تکامل تکنولوژی تصویربرداری طیفی به سرعت در حال پیشرفت است و توسعه های
بیشتری در انتظار است.این مساله به کاربران اطمینان بیشتری در بهینه ترین انتخاب متناسب با کاربرد مورد
نظرشان میدهد.