سنجنده فراطیفی پهپادی

سنجنده فراطیفی پهپادی (Hyperspectral Sensor) به سیستمی اطلاق می‌شود که بر روی پهپاد نصب می‌شود و قابلیت جمع‌آوری داده‌های طیفی در تعداد زیادی از باندهای نوری بسیار باریک و پیوسته را دارد.

سنجنده‌های فراطیفی که روی پهپادها نصب می‌شوند، به دلیل توانایی جمع‌آوری داده‌های طیفی با جزئیات بالا در طیف وسیعی از طول موج‌ها، نقش مهمی در تحول سنجش از دور ایفا کرده‌اند. این سنجنده‌ها قابلیت تشخیص تغییرات ظریف در ترکیب مواد را دارند که آن‌ها را به ابزاری قدرتمند برای کاربردهایی مانند کشاورزی، پایش محیط زیست و اکتشاف منابع معدنی تبدیل کرده است.

ویژگی‌های سنجنده فراطیفی پهپادی

 این فناوری به لطف اندازه کوچک و وزن سبک سنجنده‌ها، قابلیت نصب بر روی پهپادها را دارد و امکان دسترسی به مناطقی که برای انسان یا تجهیزات بزرگتر غیرممکن است را فراهم می‌کند. داده‌های فراطیفی دارای وضوح مکانی و طیفی بسیار بالایی هستند و می‌توانند تغییرات ظریف در سطح زمین را با دقت بالا شناسایی کنند. این فناوری به‌خصوص در مناطق صعب‌العبور یا دورافتاده که استفاده از ماهواره‌ها یا هواپیماهای سنتی دشوار است، عملکرد فوق‌العاده‌ای ارائه می‌دهد.

ویژگی‌های اصلی سنجنده فراطیفی:

1.تعداد باندهای طیفی بالا

 سنجنده‌های فراطیفی قادر به ثبت صدها باند طیفی هستند که هر باند نمایانگر یک محدوده کوچک از طول‌موج‌های خاص است. این ویژگی امکان تمایز بین مواد مختلف بر اساس امضای طیفی منحصربه‌فرد آن‌ها را فراهم می‌کند.

۲.تفکیک طیفی بالا (Spectral Resolution)

این سنجنده‌ها دارای تفکیک‌پذیری طیفی بالا هستند، به طوری که طول‌موج‌های بسیار نزدیک به هم را نیز تفکیک می‌کنند. این ویژگی برای تحلیل دقیق تفاوت‌های ظریف بین مواد ضروری است.

۳.وزن و ابعاد بهینه برای پهپادها

به دلیل استفاده در پهپادها، این سنجنده‌ها باید کوچک و سبک‌وزن باشند تا بتوانند به راحتی نصب شده و بر مصرف انرژی پهپاد تأثیر منفی نگذارند.

۴.تفکیک مکانی مناسب (Spatial Resolution)  

سنجنده‌های فراطیفی پهپادی معمولاً تصاویری با تفکیک مکانی بالا ارائه می‌دهند که برای کاربردهایی مانند کشاورزی دقیق، شناسایی پوشش گیاهی و تحلیل جزئیات سطحی بسیار مفید است.

۵.قابلیت جمع‌آوری سریع داده‌ها (High Data Acquisition Speed)

این سنجنده‌ها قادرند در زمان کوتاه حجم زیادی از داده‌های طیفی را ثبت کنند که برای مأموریت‌های پهپادی کوتاه‌مدت اهمیت ویژه‌ای دارد.

۶.کالیبراسیون دقیق و خودکار

سنجنده‌های فراطیفی اغلب دارای قابلیت کالیبراسیون داخلی هستند که خطاهای ناشی از تغییرات محیطی (مانند نور یا دما) را کاهش می‌دهد و داده‌های دقیق‌تری ارائه می‌دهد.

۷.سازگاری با نرم‌افزارهای پردازش پیشرفته

 این سنجنده‌ها معمولاً داده‌هایی تولید می‌کنند که با نرم‌افزارهای پردازش داده‌های فراطیفی سازگار هستند و امکان تحلیل پیشرفته مانند طبقه‌بندی، شناسایی مواد، یا استخراج اطلاعات را فراهم می‌کنند.

 عملکرد سنجنده فراطیفی پهپادی:

1.اصول کار سنجنده‌های فراطیفی

1.1 طیف‌نگاری: این سنجنده‌ها طیف الکترومغناطیسی (از فرابنفش تا مادون‌قرمز) را در باندهای باریک اندازه‌گیری می‌کنند.

 1.2 تصویرسازی سه‌بعدی (مکعب داده): داده‌های فراطیفی به‌صورت مکعب داده (Data Cube) ثبت می‌شوند که در آن دو بعد مربوط به اطلاعات مکانی (x, y) و یک بعد مربوط به اطلاعات طیفی (λ) است.

1.3 تفکیک‌پذیری بالا: باندهای باریک طیفی (مثلاً در حد 10 نانومتر یا کمتر) امکان تفکیک مواد با ویژگی‌های طیفی مشابه را فراهم می‌آورد.

2.مراحل عملکرد

 2.1 جمع‌آوری نور و انرژی

 سنجنده‌های فراطیفی انرژی بازتابی یا تابشی از سطح مورد نظر را در طول‌موج‌های مختلف جمع‌آوری می‌کنند. این انرژی ممکن است ناشی از بازتاب نور خورشید (برای سنجنده‌های غیرفعال) یا تابش خود سنجنده (برای سنجنده‌های فعال مانند لیدار) باشد.

2.2 تفکیک طیفی

 نور یا انرژی دریافت‌شده توسط منشورها یا شبکه‌های پراش (Diffraction Gratings) به باندهای باریک طیفی تجزیه می‌شود. این تفکیک طیفی، امکان ثبت طیف دقیق هر پیکسل از تصویر را فراهم می‌آورد.

 2.3 ثبت اطلاعات طیفی و مکانی

حسگرهای تصویرسازی (Detectors): انرژی تجزیه‌شده به باندهای طیفی توسط حسگرهای خاصی ثبت می‌شود. ابعاد مکانی: هر پیکسل از تصویر ثبت‌شده حاوی اطلاعات طیفی منحصربه‌فردی است که ویژگی‌های ماده یا سطح زیرین را نمایان می‌کند.

 2.4 پردازش داده‌ها

 تصحیح جوی: اثرات جو بر داده‌ها حذف یا تصحیح می‌شود.

 تجزیه و تحلیل طیفی: ویژگی‌های طیفی هر پیکسل تحلیل شده و مواد یا شرایط سطحی شناسایی می‌شوند.

 طبقه‌بندی و نقشه‌برداری: مواد، ترکیبات یا پدیده‌های مختلف در تصویر شناسایی و نقشه‌برداری می‌شوند.

3.کاربردها

سنجنده‌های فراطیفی به دلیل توانایی بالای خود در شناسایی جزئیات طیفی برای کاربردهای مختلف استفاده می‌شوند:

 کشاورزی: شناسایی تنش گیاهان، رطوبت خاک، یا نوع کشت

 زمین‌شناسی: شناسایی مواد معدنی و نقشه‌برداری زمین‌شناسی

 اکولوژی و محیط‌زیست: بررسی وضعیت پوشش گیاهی، آب‌های سطحی، و آلودگی

امنیت و دفاع: شناسایی اهداف و تحلیل داده‌های استراتژیک

4.مزایا و محدودیت‌ها

 با این ویژگی‌ها، سنجنده‌های فراطیفی ابزارهایی قدرتمند در علوم و مهندسی برای مشاهده و تحلیل دقیق‌تر محیط‌زیست و سطوح زمینی هستند.