하이퍼 스펙트 럴 원격 감지 개요

소위 하이퍼 스펙트 럴 원격 감지, 즉 하이퍼 스펙트 럴 해상도 원격 감지는 많은 좁은 전자파 밴드 (일반적으로 < 1NM) 를 사용하여 관심 있는 물체로부터 관련 데이터를 얻는 것을 의미합니다. 반면 전통적인 와이드 스펙트럼 원격 감지 (보통 > ＞1nm) 이며 밴드는 연속적이지 않습니다. 하이퍼 스펙트 럴 이미지는 이미징 분광기에 의해 얻어지며, 이미징 분광기는 각 픽셀 당 수십 ~ 수백 개의 좁은 밴드 스펙트럼 정보를 제공하여 완전하고 연속적인 스펙트럼 곡선을 생성합니다. 와이드 밴드 원격 감지에서 감지 할 수없는 물질을 하이퍼 스펙트에서 감지 할 수 있습니다. 지난 2 년 동안 하이퍼 스펙트 럴 원격 감지 기술은 검출기 기술, 정밀 광학 기계, 약한 신호 검출, 컴퓨터 기술 및 정보 처리 기술을 결합하여 현재 원격 감지 분야의 최첨단 기술 중 하나가되었습니다.

1.2.1 하이퍼 스펙트 럴 원격 감지의 기원과 발전 기본 이론과 재료 과학이 지속적으로 발전함에 따라 최근 2 년 동안 하이퍼 스펙트 럴 원격 감지 기술이 급속히 발전하여 레이더 원격 감지, 레이저 원격 감지, 초고해상도 원격 감지 등 기술 외에 현재 원격 감지 분야의 또 다른 중요한 연구 방향이 되었습니다.

1.2.1.1 외국의 하이퍼 스펙트 럴 카메라 개발 는 하이퍼 스펙트 럴 원격 감지가 그림 속성 탐지에 큰 잠재력을 가지고 있어 이미징 스펙트럼 기술이 널리 중시되고 있다.

(1) 공수 하이퍼 스펙트 럴 이미 저

1983 년 미국에서 개발 한 항공 이미징 분광계 (AIS-1) 에서 첫 번째 하이퍼 스펙트 럴 이미지를 가져와 1 세대 하이퍼 스펙트 럴 이미 저의 출시를 나타냅니다. 1987 년 나사 (NASA) 제트추진연구소 (JPL) 가 성공적으로 항공 가시광선/적외선 이미징 분광계 (AVIRIS) 를 개발해 2 세대 하이퍼 스펙트 럴 영상기의 출현을 알렸다.

(2) 우주선 하이퍼 스펙트 럴 이미 저 우주 분야에서 미국 제트 추진 연구소 (American Jet Propulsion Laboratory) 가 개발 한 지구 관측 계획의 중간 해상도 이미징 분광계 (MODIS) 는 TER2RA 위성과 함께 발사되어 궤도에서 작동하는 최초의 우주선 이미징 분광기가 되어 2 년부터 지상으로 이미지를 전송했습니다.

2 년 NASA 가 발사한 EO21 위성에 탑재된 Hyperion (Hyperion) 은 지상 해상도가 3m 으로 광물 정량 지도에 좋은 응용 효과를 거두었다. 22 년 미국의 해군 측량 관측 (NEMO) 위성이 소지하고 있는 해안해양영상분광계 (COIS) 는 적응형 신호 인식 기능을 갖추고 군용과 민간의 다양한 요구를 충족시켰다. 한편 27 년 6 월 미국 Kirtland 공군기지에 납품된 하이퍼 스펙트 럴 이미징 센서는 Tac2Sat23 위성을 통해 우주로 적재된다. 현재 많은 국가들이 자체 하이퍼 스펙트 럴 센서를 적극적으로 개발하고 있으며, 이미 발사 계획이 있는 독일 환경 모니터링 및 분석 계획이 있는 EnMAP, 남아프리카의 멀티 센서 소형 위성 영상 카메라 MSMI 및 캐나다 하이퍼 스펙트 럴 환경 및 자원 관찰자 HERO 를 분명히 하고 있습니다.

1.2.1.2 해외 하이퍼 스펙트 럴 이미지 분석 기술 연구 현황 이미징 분광계의 급속한 발전과 함께 그림 스펙트럼 데이터베이스, 하이퍼 스펙트 럴 이미지 분석 기술 연구도 급속히 발전했다. 그림 스펙트럼 데이터베이스 기술 방면에서 미국에서 가장 선진적이고 대표적인 것은 JPL 표준 스펙트럼 데이터베이스, USGS 스펙트럼 데이터베이스, ASTER 스펙트럼 데이터베이스 및 IGCP2264 스펙트럼 데이터베이스입니다. 또한 미 공군부와 환경보호국은 대기오염과 공기성분 진단을 위해 AEDC/EPA 스펙트럼 데이터베이스를 구축하고 미 해군 연구실이 개발한 HYDICE 이미징 분광기를 위한 삼림 하이퍼 스펙트 데이터베이스 등을 구축했다. 일부 다른 나라들도 스펙트럼 데이터베이스 기술 연구와 건설 작업을 펼쳤다. 예를 들어 영국은 199 년대 초 해수 색상 연구에 대한 해수 스펙트럼 데이터베이스를 구축했다. 미국항공우주국 (NASA), 유럽우주국 (ESA), 일본국가공간개발국 (NASDA), 대학 및 연구소는 모두 하이퍼 스펙트 럴 영상 응용 분석을 전문으로 하는 연구기관을 보유하고 있다. 해외 상용 원격 감지 이미지 처리 시스템, 이미지 스펙트럼 데이터 처리 모듈 추가, 대표적인 RSI 의 ENVI, PCI Geomatics 의 PCI, MicroImages 의 TNTmips 등을 대표합니다.

1.2.1.3 국내 하이퍼 스펙트 럴 원격 감지 기술 개발 현황 중국은 국제 하이퍼 스펙트 럴 원격 감지 기술의 발전을 면밀히 추적하고 국내의 증가하는 애플리케이션 수요와 결합하여 198 년대 중후반에 자체 하이퍼 스펙트 럴 이미징 시스템을 개발하기 시작했습니다. 주요 이미징 스펙트럼은 중국과학원 상해기술물리학연구소에서 개발한 푸시 스캔 이미징 분광계 (PHI) 시리즈, 실용형 모듈형 이미징 분광계 (OMIS) 시리즈, 중국과학원 장춘광학 정밀 기계와 물리학연구소에서 개발한 고해상도 이미징 분광계 (C2HRIS) 와 시안광기가 개발한 안정형 대형 시야 편광 간섭 이미징 분광계 (SLPIIS) 입니다. 중국과학원 상해기술물리학연구소가 개발한 중해상도 영상분광계 (CMODIS) 는 22 년' 선저우' 3 호와 함께 발사돼 우주 하이퍼 스펙트 럴 영상을 얻는 데 성공했다. 가시광선에서 근적외선 ***3 개 밴드, 중적외선에서 원적외선 4 개 밴드, 공간 해상도는 5 m 입니다.

27 년 1 월 발사된' 창어 1 호' 위성은 중국과학원 서안광학정밀기계연구소가 개발한 간섭영상분광기를 휴대해 달 표면의 2 차원 멀티스펙트럼 시퀀스 이미지와 분별 가능한 메타스펙트럼도를 얻기 위해 다른 기기와 함께 사용하여 달 표면의 유용한 요소 및 물질 유형의 함량과 분포를 분석해 얻은 데이터를 각 요소의 월면 분포도를 편성하는 데 사용했다. 27 년부터 21 년까지 우리나라는 환경 및 재해 모니터링 예보 소위성 별자리를 구성하여 하이퍼 스펙트 럴 이미징을 휴대하며 .45 ~ .95 μ m 밴드, 평균 스펙트럼 해상도는 5nm, 지면 해상도는 1m 입니다. 우리 나라는 자주지적재산권을 가진 영상분광기를 적극 개발하는 동시에, 그림 스펙트럼 데이터 기술, 하이퍼 스펙트 이미지 분석 기술 등에 대한 연구에서 일련의 만족스러운 성과를 거두었다. 는 199 년대 초 중국과학원 안후이광정밀기계연구소, 원격감지소 등 부서에서 대량의 전형적인 도형을 스펙트럼 채집해 우리나라 최초의 종합적인' 도형 스펙트럼 특성 데이터베이스' 를 건립했다. 1998 년 중국 국토자원항공물물리학과 원격감지센터는 우리나라의 주요 전형적인 암석과 광물 5 여종을 포함한' 전형적인 암석 광물 스펙트럼 데이터베이스' 를 설립했다. 2 년 중국 과학원 원격감지는 GIS 및 네트워크 기술을 기반으로 일반적인 그림 스펙트럼 데이터베이스와 관리 시스템을 개발하여 1, 개 이상의 그림 스펙트럼을 기록하고 해당 스펙트럼 곡선과 원격 센서 아날로그 밴드를 동적으로 생성하여 스펙트럼 데이터베이스와' 3 S' 기술에 대한 링크를 실현했습니다.

1.2.2 하이퍼 스펙트 럴 이미 저 소개

1.2.2.1 해외 하이퍼 스펙트 럴 이미 저 시스템 소개

(1) 항공 하이퍼 스펙트 럴 이미 저

1983 년 세계 최초의 이미징 분광계 AIS-1 이후 미국은 첨단 가시광선 적외선 이미징 분광계 (AVIRIS), 캐나다의 형광선 이미징 분광계 (FLI), 이를 바탕으로 개발된 소형 공수 이미징 분광계 (AIS), 미국 Deadalus 의 MIVIS, GER 의 79 밴드 공수 이미징 분광계 (Rosis-) 를 탑재했습니다. 표 1.1 외국의 주요 공수 하이퍼 스펙트 럴 이미 저 정보 는 최근 몇 년 동안 자원 조사, 농작물 성장, 병충해, 토양 상태, 지질 탐사 등에 이미징 스펙트럼 기술을 성공적으로 적용해 세계 각국이 이 신기술의 거대한 전망과 잠재력을 볼 수 있게 해 왔으며, 세계 일부 조건부 국가들은 이미징 분광기의 개발과 응용에 경쟁적으로 투입하고 있다. 각국은 기존 이미징 분광기의 선진 기술을 참고하면서 새로 개발한 시스템이 기존 시스템의 다양한 장점을 계승하는 동시에 여러 방면에서 더욱 향상되었으며 안정성, 탐지 효율성, 종합 성능 등에서 큰 발전을 이루었다. 이 가운데 대표적인 것은 미국의 Probe, 호주의 HyMap, 미국 GER 사가 텍사스 석유회사를 위해 전문적으로 개발한 TEEMS 시스템 등이다.

Probe-1 과 Probe-2 는 Earth Search Sciences 에서 개발한 또 다른 영향력 있는 항공 이미징 분광기 시스템으로 .4 ~ 2.5 μ m 영역에 128 개의 밴드가 있으며 스펙트럼 해상도는 18 nm 입니다.

HyMap 은 hyperspectral mapper 의 약어로 호주 Intergrated Spectronics 를 중심으로 개발되었습니다. HyMap 은 .25 ~ .45 μ m 스펙트럼 범위에서 126 개의 밴드를 가지고 있으며 3 ~ 5 μ m 과 8 ~ 1 μ m 의 두 파장 영역에 두 개의 선택 가능한 밴드를 설정하고 * * * 에는 128 개의 밴드가 있습니다. 그 데이터는 스펙트럼 교정, 방사선 교정 및 신호 대 잡음비 등에서 높은 성능을 달성했으며, 전체 스펙트럼 보정 정확도는 .5NM 보다 우수합니다. 단파 적외선 밴드 (2. ~ 2.5 μ m) 의 신호 대 잡음비는 5: 1 보다 높고, 어떤 밴드는 신호 대 잡음비가 1: 1 까지 높습니다.

TEEMS 는 Texaco energy & environmental multi spectral imaging spectrometer 의 약어입니다. 미국 지구물리학 및 환경연구회사 (GER) 가 덕사고의 기술적 요구에 따라 덕사고의 전문가와 합작하여 전문적으로 개발한 2 여 개의 대역, 성능이 매우 선진적인 실용형 하이퍼 스펙트 이미징 카메라입니다. 이 시스템은 자외선, 가시광선, 근적외선, 단파 적외선, 열 적외선 밴드 등의 스펙트럼에서 모두 이미징 기능을 갖추고 있어 석유 지질 탐사, 특히 석유 가스 매장과 관련된 특징에 큰 잠재력을 가지고 있다. 최근 몇 년 동안 열적외선 이미징 분광기가 실질적인 진전을 이루었다. 가장 대표적인 것은 미국 항공사가 개발한 공간 강화 광대역 어레이 분광계 시스템 (Spatially Enhanced Broadband Array Spectrograph System, SEBASS) 입니다. SEBASS 에는 중적외선, 3. ~ 5.5 μ m, 대역폭 .25 μ m 의 두 가지 스펙트럼 영역이 있습니다. 장파 적외선, 7.8 ~ 13.5 μ m, 대역폭은 .4μm 입니다. 중파 적외선 영역과 장파 적외선 영역에 각각 1 개, 142 개의 밴드가 있습니다. 사용 중인 탐지기는 128*128 의 SI: AS 초점 평면 2 개, 유효 프레임 속도는 12Hz, 온도 감도는 .5 C, 신호 대 잡음비 > 2 입니다. 열적외선 이미징 스펙트럼은 그림의 본질을 더 잘 반영할 수 있는 귀중한 데이터를 제공하며 탐사, 지질지도 작성, 환경 모니터링, 농림자원지도 작성, 식물 성장 등 여러 분야에 적용되었다.

(2) 우주 하이퍼 스펙트 럴 이미 저 미국은 중해상도 이미징 분광계 (MODIS), EO-1 하이퍼 스펙트 럴 위성, 일본과의 협력을 통해 개발한 고급 우주선 열 방출 반사복사계 (Advanced Satellite Thermal Emission) 를 개발했습니다.

MODIS 는 EOS-AM1 위성 (1999 년 12 월 발사) 과 EOS-PM1(22 년 5 월 발사) 의 주요 탐사기구인 중해상도 이미징 분광기이자 EOS Terra 플랫폼에서 직접 방송을 하는 유일한 대지관측기기입니다. MODIS 를 통해 .4 ~ 14 μ m 범위의 36 개 밴드에 대한 하이퍼 스펙트 럴 데이터를 얻을 수 있으며 자연 재해, 생태 환경 모니터링, 지구 환경 및 기후 변화, 글로벌 변화에 대한 종합적인 연구를 수행하는 데 중요한 데이터 소스를 제공합니다.

MODIS 는 terra 와 aqua 위성에 탑재된 중요한 센서로, 실시간 관측 데이터를 X-밴드를 통해 전 세계에 직접 방송하고 무료로 데이터를 받고 무상으로 사용할 수 있는 위성의 유일한 우주선 기기입니다. MODIS 는 .4 ~ 14 μ m 범위의 36 개 밴드에 대한 하이퍼 스펙트 럴 데이터를 얻을 수 있으며 생태 환경 연구, 자연 재해 모니터링, 지구 환경 및 기후 변화 연구에 중요한 데이터 소스를 제공합니다.

ASTER 는 Terra 위성에 탑재된 성재열 방출과 반복사계를 1999 년 12 월 18 일 발사해 일본 국제무역공업부에서 제조했다. 일미 기술협력팀이 이 기기의 교정 확인과 데이터 처리를 담당하고 있다. ASTER 는 유일한 고해상도 분석 지표 이미지 센서로, 14 개 채널을 통해 전체 표면의 고해상도 분석 이미지 데이터인 흑백 스테레오 사진을 얻는 것이 주요 임무입니다. ASTER 는 4 ~ 16 일 이내에 같은 지역을 영상화할 수 있으며, 지구의 표면 변화 지역을 반복적으로 덮을 수 있는 능력을 갖추고 있다. ASTER 데이터의 특징 중 하나는 사용자 요구 사항에 따른 관찰, 즉 사용자가 요청한 요구 사항에 따라 언제 어디서나 이미지를 얻는 것입니다. ASTER 의 광범위한 스펙트럼 커버리지와 고해상도 능력은 과학자들이 빙하의 전진과 퇴각 모니터링, 잠재적 활화산에 대한 모니터링, 작물 능력 확인, 구름층 형태 및 물리적 상태 모니터링, 습지 평가, 열오염 모니터링, 산호초의 퇴화, 토양 및 지질의 표면 온도 매핑, 지표 측정을 위한 열균형 등 여러 분야 분야에 감정할 수 있는 정보를 제공한다. 미국항공우주국 (NASA) 의 지구궤도 1 호 (EO-1) 는 미국 NASA 새 밀레니엄 계획의 일환으로 2 년 11 월 21 일 발사됐다. 지구 관측 1 호 위성은 랜다-7 과 같은 지상 궤도를 덮고 있으며, 두 위성은 같은 지면에 대한 탐사 시간이 약 1 분 차이가 난다. EO-1 에는 고급 육지 영상 카메라 (ALI), 하이퍼 스펙트 럴 영상 카메라 (HYPERION) 및 대기 교정기 (Liner Etalon Imaging Spectrometer AI) 의 세 가지 기본 원격 감지 시스템이 있습니다. EO-1 에 탑재된 하이퍼 스펙트 럴 원격 센서 Hyperion 은 차세대 우주 이미징 분광기의 대표이자 현재 유일하게 궤도에 있는 별재 하이퍼 스펙트 럴 이미징 분광기이자 공개적으로 데이터를 얻을 수 있는 유일한 하이퍼 스펙트럴

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