Hyperspektral avbildning är en teknik som lägger till en färgstark tredje dimension till en reflekterad bild som innehåller målets spektraldata. Den kan användas i applikationer som topografisk analys av mineralfyndigheter eller gårdar, militär övervakning, medicinsk vävnadsanalys och arkeologisk kartläggning. Hyperspektral avbildning ger en mängd ljus- och kompositionsdata från bildsensorer i fält, i labbet och till och med i rymden.
Spektral avbildning analyserar reflektansspektra, eller ljusvåglängdsdata. Den kan använda teknik som reflekterande speglar, prismor, linser och ljussensorer, ungefär som komponenterna och chipen med laddningskopplad enhet (CCD) inuti en digitalkamera. I kombination med fjärravbildningsteknik används spektral avbildning för att mäta våglängder av det elektromagnetiska spektrumet som sprids av ett målmaterial. Enheter som kallas spektrometrar och spektroradiometrar noterar variationer i energivåglängden för ljuset som reflekteras från ett mål och tillåter observatörer att bestämma sammansättningen av materialet eller landskapet.
Hyperspektral avbildning använder modern datorkraft för att kombinera data från många bilder och lägga till den tredje dimensionen av spektraldata direkt till bilden. Denna datauppsättning staplas i en ”hyperspektral kub”, som en hög med ögonblicksbilder, där varje pixel innehåller dess spektrala data. Multispektral avbildning kombinerar data från tiotals eller hundratals elektromagnetiska (EM) band, men hyperspektrala kuber kan behandla data från tusentals band.
Multispektral avbildning använder normalt data från flera sensorer, medan hyperspektral data ofta samlas in som en uppsättning sammanhängande band från en enda sensor. Ju mer data, desto tydligare blir bilden. Ju tydligare bild, desto lättare att avgöra av vilket eller vilka ämnen motivet är gjort.
Vissa tillämpningar av hyperspektral avbildning inkluderar kemisk analys, fluorescensmikroskopi, värmeavbildning, arkeologiska upptäckter och kriminaltekniska undersökningar. Medicinsk hyperspektral avbildning extraherar visuella våglängder av en rumslig region och syntetiserar skivorna till en ”topografisk karta” redo för tydlig medicinsk analys av vävnadsegenskaper för olika diagnoser eller forskningsändamål. Denna bildteknik kan fånga mer av EM-bandet än synligt ljus, inklusive infraröda och ultravioletta våglängder, så den kan förbättra information som annars skulle kunna förbli osedd med blotta ögat. Allt material innehåller spektrala signaturer som kan ge viktiga ledtrådar för en uppsjö av tillämpningar inom många områden.
Till exempel, genom att förstå skillnader i kemisk sammansättning av jord och växttillväxt, kan kriminaltekniska utredare lokalisera annars okända gravplatser. Detta beror på att nedbrytning skiljer reflektansspektra för växttillväxt från omgivningen. Enkelt uttryckt, det extra klorofyllet som finns i växter som befruktas genom nedbrytning gör att de sticker ut mycket mer synligt i hyperspektral data än för blotta ögat.
Fjärranalys och digital bildbehandling hittar nya applikationer löpande. Särskilda bibliotek som innehåller kända spektraldata av material har i allt större utsträckning gjorts tillgängliga för forskare och civila av organisationer som USA:s National Aeronautics and Space Administration (NASA). Nya tillämpningar för denna teknik har kontinuerligt utvecklats i många industrier. Jordbruk kan inkludera bestämning av växtsorter, vatten- och näringsförhållanden och tidig upptäckt av sjukdomar. När tekniken blir mer tillgänglig för allmänheten förväntas nya applikationer kontinuerligt utvecklas till stor fördel jämfört med den relativt begränsade analytiska kraften hos enpunktsspektroskopi.
Värmebildteknik har länge använts inom militär eller luftburen övervakning. Av denna anledning har speciella tekniker utformade för att omintetgöra denna teknik utvecklats, för att maskera markstyrkornas värmesignaturer från luften. Hyperspektral avbildning kan besegra dessa motåtgärder med dess mångfald av spektrala bandmätningar, som erbjuder precisionsanalys som kan avslöja målets spektrala ”fingeravtryck”.
Hela spektrumet samlas för varje pixel med information, så observatören behöver inga förkunskaper om ett material för att göra en analys. Datorbehandling kan innefatta all tillgänglig data för en fullständig analys av ett prov. Detta kräver dedikerade datorresurser, inklusive kostsam känslig utrustning och en stor kapacitet för datalagring. En hyperspektral kub representerar flerdimensionella datauppsättningar som kräver hundratals megabyte vardera att bearbeta.