Hyperspektrální zobrazování v oblasti VIS – IR
Hyperspectral Imaging in VIS - IR
Typ dokumentu
disertační prácedoctoral thesis
Autor
Lukáš Krauz
Vedoucí práce
Páta Petr
Oponent práce
Maresi Luca
Studijní obor
RadioelektronikaStudijní program
Elektrotechnika a informatikaInstituce přidělující hodnost
katedra radioelektronikyPráva
A university thesis is a work protected by the Copyright Act. Extracts, copies and transcripts of the thesis are allowed for personal use only and at one?s own expense. The use of thesis should be in compliance with the Copyright Act http://www.mkcr.cz/assets/autorske-pravo/01-3982006.pdf and the citation ethics http://knihovny.cvut.cz/vychova/vskp.htmlVysokoškolská závěrečná práce je dílo chráněné autorským zákonem. Je možné pořizovat z něj na své náklady a pro svoji osobní potřebu výpisy, opisy a rozmnoženiny. Jeho využití musí být v souladu s autorským zákonem http://www.mkcr.cz/assets/autorske-pravo/01-3982006.pdf a citační etikou http://knihovny.cvut.cz/vychova/vskp.html
Metadata
Zobrazit celý záznamAbstrakt
Hyperspektrální zobrazování (HSI) představuje vysoce pokročilou oblast optických zobrazovacích technik, která integruje standardní metody zobrazování a spektroskopie v širokém rozsahu spektrálních pásem, včetně viditelného a infračerveného. Obecně oblast HSI zahrnuje řadu technických aspektů, jako je konstrukce přístrojů, předzpracování dat, komprese dat, analýza spektrálních vzorů, detekce objektů a moderních technik strojového učení. V oblasti instrumentace existuje v současné době silná poptávka po nových zařízeních, která by umožňovala HSI v tepelné infračervené oblasti s vysokým spektrálním rozlišením. Současně probíhá hledání oblastí, kde lze HSI nebo multispektrální zobrazování (využívající spektrální charakteristiky reálných objektů) použít nebo vylepšit stávající řešení a zvýšit tak jejich účinnost. Tato práce poskytuje ucelený přehled tématu HSI s důrazem na pokročilé techniky HSI a studium spektrálních vlastností pro potenciální aplikace v reálném světě. Jádrem práce je soubor časopiseckých publikací, z nichž dvě mají klíčovou roli při zkoumání nového prostorověspektrálního hyperspektrálního systému založeného na akusticko-optickém laditelném filtru (AOTF). Výzkum se zaměřuje zejména na optimalizaci návrhu nového kvazikolineárního AOTF a Wollastonova polarizátoru. Tyto návrhy využívají perspektivní anizotropní krystaly na bázi halogenidů rtuti, které umožňují provozovat prostorový spektrální systém v tepelné spektrální oblasti. V dalších publikacích byly zkoumány dvě rozdílné aplikace, kde lze využít spektrální charakteristiky různých zájmových objektů získaných z hyperspektrálních nebo multispektrálních snímků. První z těchto studií se zaměřila na pozemní dálkový průzkum a zkoumala segmentaci oblak na základě jejich spektrálních (barevných) charakteristik s využitím obrazových dat ze systému WILLIAM (WIde-field aLL-sky Image Analyzing Monitoring system). Významného pokroku bylo dosaženo zejména při identifikaci barevných rozdílů mezi různými typy oblak v rámci určitého barevného prostoru. Toto zjištění by mohlo vést k automatické metodě klasifikace typů oblaků na základě jejich barevných charakteristik. Druhá slibná aplikace zkoumala spektrální rozdíly mezi hyperspektrálně zachycenými inkoustovými fotografickými výtisky, a tedy rozdíly mezi samotnými inkousty. K tomu byla použita analýza hlavních komponent a spektrální metriky, z nichž některé jejich části byly také využity v předchozí publikaci posuzování barevných charakteristik oblak. Výsledky ukázaly významné rozdíly mezi profesionálními výtisky na bázi pigmentu a hobby výtisky na bázi barviv, což naznačuje možnost využití hyperspektrálního systému jako jednoduchého nástroje pro jejich identifikaci a potenciálně i pro odhalování padělků tištěných uměleckých děl. Hyperspectral imaging (HSI) represents a highly advanced field within optical imaging techniques that integrates standard imaging and spectroscopy methods across a wide range of spectral bands, including visible and infrared. In general, the domain of HSI encompasses a number of technical aspects such as instrument design, data preprocessing, data compression, spectral pattern analysis, target detection, and cutting-edge machine learning techniques. In the field of instrumentation, there is currently a strong demand for new devices that can enable HSI in the thermal infrared region with high spectral resolution. At the same time, there is an ongoing search for areas where HSI or multispectral imaging (exploiting the spectral characteristics of real objects) can be applied or enhance existing solutions to increase their efficiency. This thesis provides a comprehensive overview of the HSI topic with an emphasis on advanced HSI techniques and the study of spectral properties for potential real-world applications. The core of the work is a collection of journal publications, two of which have a key role in the investigation of a novel spatio-spectral hyperspectral system based on an acousto-optic tunable filter (AOTF). In particular, the research focuses on optimizing the design of a novel quasi-collinear AOTF and Wollaston polarizer. These designs take advantage of the promising anisotropic mercurous halide-based crystals that allow the spatio-spectral system to operate in the thermal spectral region. The next core publications examined two diverse applications where the spectral characteristics of different objects of interest obtained from hyperspectral or multispectral imagery can be exploited. The first of these studies focused on ground-based remote sensing, investigating the segmentation of clouds based on their spectral (color) characteristics using image data from WILLIAM (WIde-field aLL-sky Image Analyzing Monitoring system). In particular, significant progress has been made in identifying color variations among different cloud types within a specific color space. This finding could lead to an automated method of classifying cloud types based on their color characteristics. The second promising application investigated the spectral variations among diverse hyperspectrally captured inkjet photo prints and, thus the variations among the diverse inks themselves. This was done using principal component analysis and spectral similarity measures, parts of which were also exploited in the previous publication to assess cloud color characteristics. The results showed significant differences between professional pigment-based prints and hobby dye-based prints implying the possibility of using the hyperspectral system as a simple tool for their identification and potentially for detecting printed artwork forgeries.
Zobrazit/ otevřít
Kolekce
- Disertační práce - 13000 [697]