FUNKČNÍ VZOREK MOBILNÍ SYSTÉM PRO POZEMNÍ...

1

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]

2


Fakulta stavební

katedra geomatiky


OBSAH

1. Úvod .................................................................................................................................................... 3

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

1.1. Základní pojmy ............................................................................................................................... 3 1.1.1. Elektromagnetické spektrum ........................................................................................................ 3 1.1.2. Zobrazující spektrometr .................................................................................................................. 4 1.1.3. Spektrální odrazivost ........................................................................................................................ 5 1.1.4. Spektrální knihovny .......................................................................................................................... 5

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

3


Fakulta stavební

katedra geomatiky


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)

4


Fakulta stavební

katedra geomatiky


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)

5


Fakulta stavební

katedra geomatiky


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

http://speclib.jpl.nasa.gov/

http://speclab.cr.usgs.gov/browse.html

6


Fakulta stavební

katedra geomatiky


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.

7


Fakulta stavební

katedra geomatiky


Obrázek 3 Ukázka grafu spektrální odrazivosti Obrázek 4 - Ukázka grafu spektrální

tmavého pixelu odrazivosti světlého pixel

2.2 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.

8


Fakulta stavební

katedra geomatiky


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 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.

Obrázek 5 – Hyperspektrální

senzor Hyperspec VNIR A-

series od firmy Headwall

Photonics umístěn na

motorizované jednotce

Pan&Tilt.

9


Fakulta stavební

katedra geomatiky


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..

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 Obrázek 8– Odražená záře ASD Illuminator při použití

Reflectance Lamp, umístěné na Pan&Tilt testovacího panelu Spectralon®, převzato z [7]

jednotce pomocí platformy

Obrázek 6 - Hyperspec VNIR A-

series a Pan&Tilt jednotka

umístěné na stativu Callidus CINE

2000

10


Fakulta stavební

katedra geomatiky


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 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-

Obrázek 9 – Boční pohled na platformu

http://www.asdi.com/

11


Fakulta stavební

katedra geomatiky


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

Obrázek 11 – Mobilní systém pro pozemní

hyperspektrální skenování

12


Fakulta stavební

katedra geomatiky


(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

Obrázek 12 - Správné zaostření

5.2 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).


Fakulta stavební

katedra geomatiky


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.

Obrázek 15

bila 1x500 25um

Obrázek 16


Fakulta stavební

katedra geomatiky


bila 2x500 25

Obrázek 17

Bila svetla 25

Obrázek 16 1x 500 60 um

Obrázek 17 - Bila 2x 500 60

13

Obrázek 18 - Bila svetla 60

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


Fakulta stavební

katedra geomatiky


Obrázek 21 - cerna svetla 2

Obrázek 22 cerna 1-500-60

Obrázek 23 - cerna 2 - 500 60

14

Obrázek 24 - cerna svetla

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.


Fakulta stavební

katedra geomatiky


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. 2012-08-

09].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.

http://www.hyvista.com/?page_id=440

http://aviris.jpl.nasa.gov/documents/aviris_task.html

http://eo1.gsfc.nasa.gov/

https://earth.esa.int/web/guest/missions/esa-operational-eo-missions/proba/

javascript:otevri(220097);





Fakulta stavební

katedra geomatiky


16

Date post:	09-Nov-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	1 times
Download:	0 times

FUNKČNÍ VZOREK MOBILNÍ SYSTÉM PRO POZEMNÍ...

Documents