FUNKČNÍ VZOREK MOBILNÍ SYSTÉM PRO POZEMNÍ HYPERSPEKTRÁLNÍ SNÍMKOVÁNÍ

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební katedra geomatiky Thákurova 7, 166 29 Praha 6

FUNKČNÍ VZOREK MOBILNÍ SYSTÉM PRO POZEMNÍ HYPERSPEKTRÁLNÍ SNÍMKOVÁNÍ Technická dokumentace

Prof. Dr. Ing. Karel Pavelka Ing. Eva Matoušková Ing. Martina Faltýnová Ing. Jaroslav Šedina

Vlastník: ČVUT v Praze, FSv

Rok dokončení: 2015 Umístění: Laboratoř fotogrammetrie, Fakulta stavební ČVUT v Praze Kontaktní osoba: Ing. Eva Matoušková, Katedra geomatiky, Fakulta stavební, ČVUT v Praze, tel: (+420) 22435 3742, [email protected]

1


OBSAH 1.

Úvod.................................................................................................................................................... 3

2.

Teoretický úvod ............................................................................................................................. 3

1.1.

Základní pojmy ............................................................................................................................... 3

2.2

Dostupné druhy hyperspektrálních zařízení ...................................................................... 6

3.

Problémy při pořizování hyperspektrálních dat a jejich řešení................................... 6

3.1

Šum v obraze ................................................................................................................................... 6

3.2

Teplo .................................................................................................................................................. 7

3.3

Osvětlení ........................................................................................................................................... 7

4.

Přístrojové vybavení .................................................................................................................... 8

4.1

Hyperspec VNIR A-series ............................................................................................................ 8

4.2

Pan&Tiltjednotka .......................................................................................................................... 8

4.3

Stativ................................................................................................................................................... 9

4.4

Osvětlení ........................................................................................................................................... 9

4.5

Platforma pro upevnění zdroje osvětlení .......................................................................... 10

4.6

Výpočetní a ovládací zařízení ................................................................................................. 10

5.

Původnost řešení ........................................................................................................................ 11

6.

Testování zařízení ...................................................................................................................... 11

6.1

Příprava ......................................................................................................................................... 12

6.2

Skenování .................................................................................................................................... 123

7.

Zpracování a vyhodnocení měření .......................................................................................... 1

7.1

Maximální odrazivost – Bílá ....................................................................................................... 1

7.2

Minimální odrazivost - černá..................................................................................................... 2

8.

Závěr................................................................................................................................................ 25

9.

Seznam použité literatury ....................................................................................................... 25

1.1.1. 1.1.2. 1.1.3. 1.1.4.

Elektromagnetické spektrum ........................................................................................................ 3 Zobrazující spektrometr .................................................................................................................. 4 Spektrální odrazivost ........................................................................................................................ 5 Spektrální knihovny .......................................................................................................................... 5

2


Úvod Hyperspektrální snímkování (jinak také obrazová spektroskopie či spektrometrie) je relativně novou metodou využívanou v posledních letech v mnoha různých odvětvích. Tento proces byl velmi urychlen rozvojem technologií, které otevřely novou cestu k analýzám a výzkumu. Spektroskopie byla po mnoho let používaná jako kvantitativní nástroj v laboratořích a pro takto získaná data bylo vyvinuto mnoho postupů a analýz. Je to vědní disciplína studující světlo jako funkci vlnové délky, které je emitováno, odraženo a rozptýleno určitou látkou. Slovo hyper znamená „mnoho“ a ukazuje na velké množství zkoumaných spektrálních pásem. Na rozdíl od tzv. multispektrálního snímkování, které je dobře známé z družicových dat zkoumajících zemský povrch. To poskytuje relativně malé množství širokých, na sebe nenavazujících spektrálních pásem. Hyperspektrální snímkování jde o „úroveň“ výše. Snímány jsou desítky až stovky spojitých, na sebe navazujících úzkých spektrálních pásem, které následně umožňují zobrazit celou spektrální informaci zájmového materiálu. Použití takových to dat umožňuje extrahování spektrální odrazivosti na úrovni pixelu a je následně možné porovnat data s údaji měřenými v laboratoři a určit tak vlastnosti a typ zkoumaného materiálu. Přestože pomocí mnoha hyperspektrálních senzorů je možné změřit i několik stovek spektrálních pásem není to jejich množství, co dělá data hyperspektrálními. Je to ona spojitost a relativní úzkost pásem, která je pro obrazovou spektrometrii tak důležitá.

1. Teoretický úvod 1.1.

Základní pojmy

1.1.1. Elektromagnetické spektrum Elektromagnetické spektrum zahrnuje záření všech vlnových délek (Obr.2). Elektromagnetické záření o vlnové délce λ má frekvenci f a jemu připisovaný foton má energii E. Vztah mezi nimi určuje následující rovnice a E = h*f , kde c je rychlost světla (3*108 m/s) a h je Planckova konstanta (6,6261*10-34J*s)

3


Obrázek 1 - Elektromagnetické spektrum, převzato z [1]

M Části spektra používané pro hyperspektrální snímkování Ultrafialové spektrum (UltraViolet) 0,001-0,4 μm Viditelné spektrum (VISible) 0,4-0,74μm Blízké infračervené spektrum (NearInfraRed) 0,74 – 1,4μm Krátkovlnné infračervené spektrum (ShortWaveInfraRed) 1,4-3μm

1.1.2. Zobrazující spektrometr Je přístroj získávající hyperspektrální data. Jedná se o zařízení měřící množství záření odraženého od zkoumaného objektu v daných vlnových délkách. Analyzovaný objekt musí být dokonale osvětlen. V případě družicových spektrometrů zkoumající zemský povrch a při práci ve volném terénu je objekt osvětlen slunečním světlem. Pokud pracujeme v laboratoři, je třeba vytvořit vhodné světelné podmínky uměle. To se děje nejčastěji silnými halogenovými světly. V přístroji najdeme optický disperzní element (štěrbina či mřížka), který rozděluje světlo na mnoho úzkých přilehlých spektrálních pásem a energie z každého z nich je měřena speciálním detektorem. Použití těchto detektorů nám umožňuje zaznamenat velmi úzká spektrální pásma (až setina mikrometru, Obr. 1) v širokém spektrálním pásmu, které závisí na vlastnostech senzoru. Měřená data jsou následně zpracována do forem tzv. 3D data cube (Obr. 2)

4


Obrázek 2 – 3D data cube a graf spektrální odrazivosti, převzato z [2]

1.1.3. Spektrální odrazivost Spektrální odrazivost je procentuální poměr světla dopadajícího na materiál a světla, které je materiálem odraženo. Odrazivost je závislá na vlnové délce a druhu materiálu, protože dochází k rozdílnému rozptylu a absorpci světla. Tyto rozdíly jsou zobrazovány v grafech, které nazýváme křivky spektrální odrazivosti. Na ose x je zobrazována vlnová délka a na ose y jí odpovídající spektrální odrazivost (Obr.2). Odraz a absorpce jednotlivých materiálů se v různých vlnových délkách liší. Toto schéma odrazivosti a absorpce je rozdílné u různých vlnových délek a s jeho pomocí lze jednoznačně specifikovat daný materiál.

1.1.4. Spektrální knihovny Konkrétní materiály mají své specifické křivky spektrální odrazivosti předem definovány v laboratoři a uloženy v tzv. Spektrálních knihovnách. Pomocí rozdílů v jednotlivých křivkách spektrální odrazivosti je možné na základě porovnání s laboratorními měřeními určit o jaký materiál se jedná. Křivky spekter pocházející ze spektrálních knihoven mohou být klíčem ke klasifikaci materiálů nebo k určení bodů pro další spektrální analýzu obrazu. Existuje několik celosvětových veřejných spektrálních knihoven pro přírodní a člověkem vytvořené materiály. Spektrální charakteristiky jsou měřeny v laboratořích a jsou použitelné pro porovnání se zkoumaným spektrem. Mezi často používané volně dostupné knihovny patří: Spektrální knihovna ASTER pro detekci materiálů pro stejně nazvaný senzor. Knihovna obsahuje cca 2000 spekter včetně minerálů, druhů kamenů, půd, člověkem vytvořených materiálů, typů vod a sněhu. Knihovna je k dispozici na stránkách http://speclib.jpl.nasa.gov/ Spektrální knihovna Americké geologické služby (USGS) obsahuje 500 křivek spektrální odrazivosti včetně různých druhů minerálů a typů vegetace. Je možné jí nalézt na http://speclab.cr.usgs.gov/browse.html

5


1.2

Dostupné druhy hyperspektrálních zařízení

Existují dva základní typy hyperspektrálních senzorů. Prvním typem je tzv „whish broom“. Senzor funguje na principu rotačního zrcadla, které snímá kolmo ke směru měřické dráhy. Odražené záření je zaznamenáváno jediným detektorem, který snímá v daný okamžik vždy jeden pixel. Pohyblivé části činí tento systém velmi nákladný a také náchylný k brzkému opotřebení. Jako případ tohoto druhu senzoru můžeme uvést letecký skener HyMap [3] a družicový AVIRIS [4]. Druhou a častější senzorovou konfigurací je tzv. „push broom“. Data jsou získávána snímkováním ve směru měřické dráhy a senzor je složen z linie jednotlivých detektorů, které jsou umístěny kolmo ke směru snímání. Jak se senzor pohybuje tak jsou postupně snímány jednotlivé části dokumentovaného objektu. Tento typ senzorů je z pravidla lehčí, levnější a ve srovnání s konfigurací „whish broom“ je možné zachytit více světla (fotonů), jelikož každá jednotlivá část objektu je měřena delší dobu. Světlo dopadající do objektivu je rozděleno pomocí optického disperzního elementu jako jsou štěrbina či mřížka na úzké pásy a výsledná energie je pak měřena detektorem. Jako příklad může sloužit družicové skenery jako americký Hyperion [5], nebo evropský CHRIS [6].

2. Problémy při pořizování hyperspektrálních dat a jejich řešení 2.1

Šum v obraze

Množství fotonů dopadající na detektory při maximálním expozičním čase nedosahuje úrovně saturace přístroje, a proto se v datech vyskytuje šum, který je nejvíce patrný při zobrazení křivky spektrální odrazivosti tmavého pixelu (Obr. 8, 9). Množství jednotek (fotonů) detekovaných přístrojem ukazuje osa y. Na grafech je evidentní, že hodnoty v řádech desítek jednotek (Obr 8) ukazují větší množství šumu než hodnoty v řádech stovek (Obr. 9). Úroveň saturace u námi používaného přístroje se pohybuje kolem 4 tisíc jednotek a předpokládá se, že právě zde je úroveň šumu nejmenší. Řešením může být použití širší štěrbiny, který za cenu nižšího rozlišení umožňuje většímu množství fotonů průnik k čipům. Snížení rozlišení na 0,92mm z původních 0,61 (při snímání objektu ze vzdálenosti 0,5m), tzn. o přibližně polovinu rozlišení původního je v našem případě přijatelné.

6


Obrázek 3 Ukázka grafu spektrální odrazivosti tmavého pixelu

2.2

Obrázek 4 - Ukázka grafu spektrální odrazivosti světlého

pixel

Teplo

Při analýze historických objektů hrozí poškození, pokud je delší dobu vystaven záření halogenových lamp. Ty produkují záření v širokém spektru vlnových délek a jeho nedílnou součástí jsou i delší (infračervené vlny 700 – 10 000 nm), které s sebou nesou i velké množství tepla. Toto vlnění není možné odstranit (např. filtry), jelikož je potřebné a často i klíčové pro vlastní hyperspektrální analýzu. Jako příklad je možné zmínit historický obraz, kde je v malbě přítomen včelí vosk. Ten se na historických malbách používal často a může se začít rozpouštět již při 35°C. Jeho postupným rozpouštěním může ohrožen a v krajním případě i znehodnocen celý objekt. Je třeba se proto vyvarovat nadměrnému ozařování zkoumaných objektů. Při analýzách byl vždy použit teploměr a teplota obrazů nikdy nepřesáhla 30°C. Pro tento účel byly zpočátku používány větráky. Ty se ukázaly jako nešťastné řešení, jelikož vířící vzduch způsobuje silné zašumění zejména v delších vlnových délkách. Po této zkušenosti bylo přistoupeno k osvětlování objektů pouze po dobu skenování (cca 30s až 1 min) a také častému větrání. Problém s nadměrným zahříváním zkoumaných objektů byl námi vyvinutým zařízením minimalizován. Objekt je osvětlován pouze na snímaném místě, a tudíž jeho expozice záření je minimalizována.

2.3

Osvětlení

Pro účely hyperspektrálního snímkování je potřeba kvalitní zdroj osvětlení ve všech požadovaných vlnových délkách. Tento fakt vychází již z principu technologie, která měří odrazivost. Pro měření odrazivosti jsou klíčové vlastnosti (intenzita a vlnová délka) záření dopadajícího na zkoumaný objekt.

7


Bylo zjištěno, že halogenové zářivky jsou pro naše účely nejvhodnější variantou. Je to proto, že poskytují přiměřeně konstantní osvětlení ve velkém spektrálním rozsahu (cca 400 – 3000 nm). Problémem je ovšem vyzařované teplo, které může poškodit zkoumaný objekt. V našem případě nelze přistoupit k použití např. LED zářivek, které vydávají tzv. bílé světlo v rozsahu cca 400 700nm, protože tyto zdroje neposkytují dostatečné množství světla v celé spektrální šíři (400 1000nm) Řešením tohoto klíčového problému se tým dlouhodobě zabýval a výsledkem je právě naše hyperspektrální skenovací jednotka, kde jsou světla umístěna přímo na skenovací jednotce a zdroj osvětluje pouze skenovanou oblast a to s maximální možnou intenzitou.

3. Přístrojové vybavení 3.1

Hyperspec VNIR A-series

Pro dokumentaci památkových objektů hyperspektrálním snímkováním byl použit pozemní/multifunkční senzor pracující mezi 400 a 1000nm (A-series Hyperspec VNIR). Výrobcem je americká firma Headwall Photonics, Inc. Která patří mezi dlouhodobé výrobce hyperspektrálních senzorů a začínala před mnoha lety zakázkami pro armádu USA. Senzor je vybaven 35mm C-mount objektivem a 18mm dlouhou a 25 resp. 60 μm širokou štěrbinou, kterou lze měnit. Dokumentovaný objekt je snímán 1004 detektory a je možné získat až 810 spektrálních pásem v daném spektrálním rozsahu. Rychlost snímání je až 50 snímků za minutu. Získaná data jsou 12-ti bytová a maximální spektrální rozlišení je 2 μm. Přístroj není vybaven chlazením a proto je třeba s ním velmi pozorně pracovat, aby nedošlo k přehřátí, které způsobuje zvýšené množství šumu v obraze. Systém je vybaven i tzv. „binning“, v našem případě 2x2, které se využívá pro zmenšení množství dat na úkor jejich přesnosti (ze 4 pixelů se po matematickém výpočtu stane jeden). Kalibrace zařízení byla provedena výrobcem.

3.2

Obrázek 5 – Hyperspektrální senzor Hyperspec VNIR Aseries od firmy Headwall Photonics umístěn na motorizované jednotce Pan&Tilt.

Pan&Tiltjednotka

Hyperspektrální senzor je umístěn na střední motorizované pohyblivé hlavě (tzv. „Pan&Tilt jednotka) vytvořené také firmou Headwall Photonics, Inc., která je ovládána počítačem a zajišťuje pohyb nutný ke snímání objektu. Pan&Tilt jednotka je přímo ovládána uživatelem v PC a je umístěna na stativu.

8


3.3

Stativ

V druhém roce projektu NAKI bylo skenovací zařízení (sensor a pan&tilt jednotka) umístěno na stativ, aby byla zaručena jeho mobilnost. S touto sestavou je možné přemísťovat skenovací zařízení dle potřeby, což bylo nutné pro splnění požadavků projektu. Použit byl filmový stativ Callidus CINE 2000 se speciálně upravenou hlavou pro uchycení Pan&Tilt jednotky, který svou vyšší hmotností a robustním provedením zajišťuje stabilitu systému i při skenování. Instalace je zobrazena na Chyba! Nenalezen zdroj odkazů.. Obrázek 6 - Hyperspec VNIR Aseries a Pan&Tilt jednotka umístěné na stativu Callidus CINE 2000

3.4

Osvětlení

V prvním roce konání projektu byl definován významný problém s osvětlením objektu. Bylo zjištěno, že pokud není objekt dostatečně a homogenně osvětlen výsledky hyperspektrálních analýz vykazují výraznou variabilitu v různých částech objektu. Tato překážka je řešena na mnoha světových pracovištích. Cílem druhého roku konání projektu bylo zajistit kvalitní zdroje osvětlení, které by tento problém eliminovaly. Byl vypracován koncept dvou liniových halogenových zdrojů osvětlení umístěných vedle senzoru na pan&tilt jednotce, který by v daný okamžik osvětloval pouze a jen skenovanou oblast a ostatní části skenovaného objektu by zůstaly neosvětlené. Na základě předchozího zkoumání bylo rozhodnuto, že zdroj osvětlení musí být Tungsten halogen, protože pouze on poskytuje dostatečnou záři i v delších vlnových délkách (viz Chyba! Nenalezen zdroj odkazů.).

Obrázek 7 - Pořízené osvětlení - ASD Illuminator Reflectance Lamp, umístěné na Pan&Tilt jednotce pomocí platformy

Obrázek 8– Odražená záře ASD Illuminator při použití testovacího panelu Spectralon®, převzato z [7]

9


Vybráno bylo osvětlení od americké firmy ASD, která je již několik let špičkou v oblasti spektrometrie (www.asdi.com). Produkt ASD Illuminator Reflectance Lamp (Obr. 7) splňuje většinu požadavků, ale není lineární. Je přímo určen pro hyperspektrální snímkování a jeho odražená záře v delších vlnových délkách je dostatečná (Obr. 8). Jeho nízká váha (0,36kg) a malá velikost (13,3 cm x 10,2 cm x 7,6 cm) je pro účely hyperspektrálního snímkování pomocí výše zmíněného vybavení (viz kap. 3.1 – 3.3) dostačující. Každé světlo je vybavené 15V zdrojem a jeho výkon je 70W. Produkt, který by přesně odpovídal našim požadavkům, na trhu neexistuje. Problém s osvětlením byl týmem vyřešen a vznikl Mobilní systém pro pozemní hyperspektrální snímkování.

3.5

Platforma pro upevnění zdroje osvětlení

Tvorba mobilní platformy byla motivována primárně řešením problému s osvětlením (viz kap. 2.3). Platforma je vyrobena z kvalitní kovové desky o tloušťce 4mm, která je po obou stranách vyztužena kovovými vzpěrami (tloušťka 2mm). Na platformě jsou umístěny dva kovové držáky, které svou šířkou (12mm) přesně odpovídají držáku umístěném na světlech (viz obr 9, 10). Klíčovými prvky při konstrukci byla jak nízká hmotnost, tak i pevnost platformy. Při vlastním skenování se skener pohybuje po předem daných krocích (definovány v stupních za vteřinu) a vznikají silné vibrace celého zařízení. Je žádoucí, aby výše zmíněné vibrace nebyly přenášeny do zdrojů záření, které si během jejich působení nemusí zachovat klíčovou homogennost osvitu objektu.

Obrázek 9 – Boční pohled na platformu

Obrázek 10 - Zadní pohled na platformu připravenou k měření

3.6

Výpočetní a ovládací zařízení

Systém je ovládán výpočetní jednotkou HDPU (Hyperspec Data Processing Unit). Jednotka je vybavena procesorem Intel 3,5 GHz quad-core i7, 8GB DDR3-DRAM paměti a 2,5“ SATA6 Solid-

10


State-Drive s vysokou zapisovací schopností (500MB/s). Pro ovládání slouží program Hypekspec III, který umožňuje efektivní práci s Pan&Tilt jednotkou, vlastní hyperspektrální snímkování i následnou kontrolu pořízených dat. Spojení s kamerou probíhá pomocí konektoru CameraLink.

4. Původnost řešení Mobilní systém pro pozemní hyperspektrální snímkování vyvinutý katedrou Geomatiky, fakulty Stavební, ČVUT v Praze přináší řešení pro pozemní hyperspektrální snímkování. Jedná se o jedinečné mobilní pozemní zařízení určené pro pořizování hyperspektrálních dat. Skládá se ze stativu, pan&tilt jednotky, výpočetního a ovládacího zařízení a z dvou halogenových 150W zdrojů osvětlení umístěné platformě vyvinuté a sestavené právě pro tento účel. Zařízení je závislé na přísunu elektrické energie (220V), což lze jednoduše řešit i při práci v terénu pomocí dieselového generátoru. V laboratoři není problém s přívodem elektrického proudu aktuální. Hlavní výhodou je získání dostatečného množství signálu pro hyperspektrální senzor a z toho plynoucí snížení šumu ve výsledných datech. Další výhodou je mobilita zařízení a možnost snímat zájmové objekty přímo v terénu, případně možnost přesunu zařízení do jiné laboratoře. Celý systém je možné přepravit i v menším osobním voze. Vzhledem k tomu, že snímkovaný objekt je osvětlován pouze po dobu skenování je třeba zmínit i jeho šetrnost a snížení tepelného zatížení objektu. Mobilní systém pro pozemní hyperspektrální snímkování byl testován v laboratoři katedry Geomatiky, FSv, ČVUT v Praze na kopii dřevorytu.

5. Testování zařízení Zařízení bylo testováno v Laboratoři fotogrammetrie, Fakulty stavební, ČVUT v Praze v několika etapách. Jako první byly testovány různé druhy osvětlení a jejich závislost na vzdálenosti od skenovaného objektu. Výsledky byly publikovány v článku Matoušková et al. - Influence of illumination and white reference material for hyperspectral imaging of cultural heritage objects. Použity byly dva halogenové zdroje osvětlení každý o výkonu 500W. Ukázalo se, že jejich použití je pro dokumentaci historických objektů nevhodné, jelikož teplota zkoumaného objektu dramaticky stoupá již při prvních vteřinách měření. Testovány byly různé vzdálenosti osvětlení. Bylo zjištěno, že pokud bude halogenový zdroj v dostatečné vzdálenosti (více než 1m od objektu) nebude již osvětlení objektu dostatečné. Bude-li blíže je vysoká pravděpodobnost ohrožení zkoumaného objektu teplem. V další etapě byla testována vytvořená platforma. Měření probíhalo v létě roku 2015

11

Obrázek 11 – Mobilní systém pro pozemní hyperspektrální skenování


(červenec, srpen) opět v Laboratoři fotogrammetrie, FSv, ČVUT v Praze na stejném objektu – kopie dřevorytu.

5.1

Příprava

V rámci přípravy na skenování je třeba pečlivě provést několik kalibračních kroků. Jako první je nutné se ujistit, že je zařízení ve vodorovné poloze a tudíž skenovací linie bude vodorovná. Toho je docíleno za pomoci libely. Dalším krokem je manuální zaostření hyperspektrální kamery. To se provádí pomocí softwaru Hyperspec III. Na Obr 11 resp. 12 je zobrazené chybné resp. správné řešení. Následuje určení šumu zařízení pomocí dark reference a určení maximální odrazivosti pomocí referenční bílé (Spectralon).

Obrázek 11 – Chybné zaostření

5.2

Obrázek 12 - Správné zaostření

Skenování

Před vlastní skenováním (Obr. 13) je nutné definovat skenovanou oblast (ve stupních) a další veličiny jako např. rychlost skenování. K tomu slouží program Pan&Tilt Calculator (viz obr. 14), který při zadání vstupních parametrů vypočítá potřebné hodnoty. Klíčové je množství skenovaných linií (Total number of frames).

12


Obrázek 13 - Skenování - fotografie

Obrázek

14

-

Pan&Tilt

calculator

6. Zpracování a vyhodnocení měření Pro zpracování měření byl použit program ENVI 5.3. V rámci vyhodnocení výsledků byly porovnávány křivky spektrální odrazivosti odpovídajícího si pixelu během jednotlivých typů osvětlení. Je důležité znovu připomenout, že při prvním testování byly použity 500W zdroje na rozdíl od zdrojů umístěné na skenovací platformě, které mají výkon pouze 70W každá a při skenované vzdálenosti 0,5m neohrožují skenovaný objekt.

6.1

Maximální odrazivost – Bílá

Spektrální odrazivost bílé barvy objektu ukazuje maximální možné hodnoty měřené sensorem pro dané osvětlení a daný materiál (starší kartonový papír). Na následujících obrázcích (15-18) je vidět, jak se mění hodnota měřená senzorem (value) v závislosti na osvětlení a velikosti štěrbiny. Pro 60um štěrbinu bylo nutné upravit clonu objektivu, aby nebyl sensor saturován. bila 1x500 25um

Obrázek 15

Obrázek 16


Obrázek 17 Bila svetla 25

bila 2x500 25

Obrázek 16 1x 500 60 um

Obrázek 17 - Bila 2x 500 60

Obrázek 18 - Bila svetla 60

13

6.2

Minimální odrazivost - černá

Spektrální odrazivost černé barvy objektu ukazuje minimální hodnoty měřené sensorem pro dané osvětlení a daný materiál (tiskařská čerň). Tmavé barvy obecně pohlcují nejvíce odraženého záření (okem je můžeme vidět až jako černé).

Obrázek 19 - cerna 1-500 – 25

Obrázek 20 - cerna 2-500 25


Obrázek 21 - cerna svetla 2

Obrázek 22 cerna 1-500-60

Obrázek 23 - cerna 2 - 500 60

Obrázek

24

-

cerna

svetla

14

7. Závěr Po předchozích zkušenostech a hledání řešení pro vhodné osvětlení objektu pro hyperspektrální analýzu byl katedrou Geomatiky, Fakulty stavební vytvořen Mobilní systém pro pozemní hyperspektrální snímkování. Jedná se o mobilní zařízení umožňující hyperspektrální snímkování jak v interiéru, tak i v exteriéru. Klíčovou součástí systému je platforma pro umístění zdrojů záření, které dodávají dostatek světla k měření a snižují jak množství šumu v obraze, tak i tepelnou zátěž zkoumaného objektu. Měření ukázalo, že při použití platformy s dvěma 70W světelnými zdroji umístěné v těsné blízkosti sensoru je možné dosáhnout velmi podobných hodnot senzoru (count value) jako při použití jednoho halogenového 500W zdroje, který ovšem při snímkování mnohonásobně více ohrožuje zkoumavý objekt. Navíc při použití pouze jednoho zdroje záření je objekt nehomogenně osvětlen (světlo přichází pouze z jedné strany) a tudíž výsledky nejsou relevantní.


Systém bude využíván pro další měření katedry Geomatiky, která se dlouhodobě zabývá dokumentací objektů kulturního dědictví.

8. Seznam použité literatury [1] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Infrared_spectrum.gif [2] VAN DER MEER, Freek Dirk. and Steven M. DE JING. Imaging Spectrometry: Basic principles and prospective applications. 2001. vyd. The Nederlands: Kluwer Academic Publishers, 2001. ISBN 1-4020-0194-0. [3] HyMap. HYVISTA CORPORATION. HyMap [online].2012 [cit. 2012-08-09].Dostupné z: http://www.hyvista.com/?page_id=440

[4] AVIRIS: Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer. NASA JET PROPULSION LABORATORY, California Institute of technology.AVIRIS [online].2012 [cit. 2012-0809].Available from: http://aviris.jpl.nasa.gov/documents/aviris_task.html [5] Earth Observing 1: The extended mission. NASA GODDARD SPACE FLIGHT CENTER.EO-1 Home [online].2009 [cit. 2012-08-09]. Available from: http://eo1.gsfc.nasa.gov/ [6] ESA.Proba: Earthnet online [online]. 2012 [cit. 2012-08-14]. Dostupné z: https://earth.esa.int/web/guest/missions/esa-operational-eo-missions/proba/

15

9. Seznam souvisejících výstupů Matoušková, E. - Faltýnová, M. - Pavelka, K.: Influence of illumination and white reference material for hyperspectral imaging of cultural heritage objects. In 14th International Multidisciplinary Scientific Geoconference SGEM 2014, Conference Proceedings vol. III. Sofia: STEF92 Technology Ltd., 2014, vol. III., p. 199-206. ISSN 1314-2704. ISBN 978-619-7105-12-4.


16

FUNKČNÍ VZOREK MOBILNÍ SYSTÉM PRO POZEMNÍ HYPERSPEKTRÁLNÍ SNÍMKOVÁNÍ

Recommend Documents