Оптимизация гиперспектрального дистанционного зондирования на базе беспилотного летательного аппарата
Номер: 39 Год: 2023 Страницы: 25-31
Номер: 39 Год: 2023 Страницы: 25-31
УДК: 528.8
EDN: SKCKFG
Автор(ы):
Агаев Фаиг Гейбат оглы1
Асадов Хикмет Гамидоглы1
Гумбатов Дилан Азиз оглы1, e-mail: H.Dilan@mail.ru
Учреждения:
1 - Национальное Аэрокосмическое Агентство, г. Баку, Азербайджанская Республика
Аннотация:
Статья посвящена вопросам оптимизации гиперспектрального дистанционного зондирования с применением беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) в качестве носителя измерительной аппаратуры. Известно, что гиперспектральные изображения, получаемые с помощью гиперспектрометров, установленных на БПЛА оказывались слишком зашумленными, из-за влияния атмосферных условий, вибрации платформы БПЛА, оптических приборов. Отношение сигнал/шум является важнейшим параметром, зависящим от длины волны проводимых измерений и определяющим качество устройств дистанционного зондирования, а также самих изображений, получаемых методами дистанционного зондирования. При этом качество таких изображений в основном определяется отношением сигнал/шум. Целью исследования является создание математической информационной модели гиперспектрометров и, на этой основе, оптимизация всего процесса дистанционного зондирования земной поверхности с применением БПЛА, являющегося носителем гиперспектрометра. Исследована информативность гиперспектральных изображений, получаемых с помощью БПЛА, оснащенных гиперспектрометрами. Составлена оптимизационная вариационная задача нахождения оптимального вида зависимости отношения сигнал/шум от длины волны, при которой может быть достигнута максимальная информативность получаемых гиперспектральных изображений. Решение вариационной задачи с учетом ограничительного условия позволило определить оптимальный вид искомой функции, при котором информативность гиперспектрального изображения может достичь максимума. Для верификации полученного оптимального результата проведено модельное исследование. Результаты модельного исследования показали, что информативность гиперспектрального дистанционного зондирования в рассматриваемом режиме проведения измерений может быть увеличена до 11%. Таким образом, показана возможность синтеза оптимального режима гиперспектрального дистанционного зондирования с применением беспилотных летательных средств, снабженных гиперспектральной аппаратурой.
Ключевые слова: БПЛА, дистанционное зондирование, гиперспектральное изображение, оптимизация, информативность
Сведения об источниках финансирования: -
1 - Национальное Аэрокосмическое Агентство, г. Баку, Азербайджанская Республика
Аннотация:
Статья посвящена вопросам оптимизации гиперспектрального дистанционного зондирования с применением беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) в качестве носителя измерительной аппаратуры. Известно, что гиперспектральные изображения, получаемые с помощью гиперспектрометров, установленных на БПЛА оказывались слишком зашумленными, из-за влияния атмосферных условий, вибрации платформы БПЛА, оптических приборов. Отношение сигнал/шум является важнейшим параметром, зависящим от длины волны проводимых измерений и определяющим качество устройств дистанционного зондирования, а также самих изображений, получаемых методами дистанционного зондирования. При этом качество таких изображений в основном определяется отношением сигнал/шум. Целью исследования является создание математической информационной модели гиперспектрометров и, на этой основе, оптимизация всего процесса дистанционного зондирования земной поверхности с применением БПЛА, являющегося носителем гиперспектрометра. Исследована информативность гиперспектральных изображений, получаемых с помощью БПЛА, оснащенных гиперспектрометрами. Составлена оптимизационная вариационная задача нахождения оптимального вида зависимости отношения сигнал/шум от длины волны, при которой может быть достигнута максимальная информативность получаемых гиперспектральных изображений. Решение вариационной задачи с учетом ограничительного условия позволило определить оптимальный вид искомой функции, при котором информативность гиперспектрального изображения может достичь максимума. Для верификации полученного оптимального результата проведено модельное исследование. Результаты модельного исследования показали, что информативность гиперспектрального дистанционного зондирования в рассматриваемом режиме проведения измерений может быть увеличена до 11%. Таким образом, показана возможность синтеза оптимального режима гиперспектрального дистанционного зондирования с применением беспилотных летательных средств, снабженных гиперспектральной аппаратурой.
Ключевые слова: БПЛА, дистанционное зондирование, гиперспектральное изображение, оптимизация, информативность
Сведения об источниках финансирования: -
Агаев, Ф. Г. Оптимизация гиперспектрального дистанционного зондирования на базе беспилотного летательного аппарата / Ф. Г. Агаев, Х. Г. Асадов, Д. А. Гумбатов // Гелиогеофизические исследования. – 2023. – № 39. – С. 25-31. – DOI 10.5425/2304-7380_2023_39_25. – EDN SKCKFG.
Optimization of hyperspectral remote sensing based on an unmanned aerial vehicle
Number: 39 Year: 2023 Pages: 25-31
Number: 39 Year: 2023 Pages: 25-31
Institutions:
1 - National Aerospace Agency, Baku, Republic of Azerbaijan
Abstract
The article is devoted to the optimization of hyperspectral remote sensing using unmanned aerial vehicles (UAVs) as a carrier of measuring equipment. It is known that hyperspectral images obtained using hyperspectrometers mounted on UAVs turned out to be too noisy due to the influence of atmospheric conditions, vibration of the UAV platform, and optical instruments. The signal-to-noise ratio is the most important parameter, depending on the wavelength of the measurements being taken and determining the quality of remote sensing devices, as well as the images themselves obtained by remote sensing methods. At the same time, the quality of such images is mainly determined by the signal-to-noise ratio. The goal of the research is to create a mathematical information model of hyperspectrometers and on this basis, optimize the entire process of remote sensing of the earth's surface using a UAV, which is the carrier of a hyperspectrometer. The information content of hyperspectral images obtained using UAVs equipped with hyperspectrometers has been studied. An optimization variational problem of finding the optimal type of dependence of the signal-to-noise ratio on the wavelength at which the maximum information content of the resulting hyperspectral images can be achieved has been compiled. Solving the variational problem taking into account the restrictive condition made it possible to determine the optimal form of the desired function in which the information content of the hyperspectral image can reach its maximum. To verify the optimal result obtained, a model study was carried out. The results of the modeling study showed that the information content of hyperspectral remote sensing in the considered measurement mode can be increased to 11 percent. Thus, the possibility of synthesizing the optimal mode of hyperspectral remote sensing using unmanned aerial vehicles equipped with hyperspectral equipment is shown.
Keywords: UAV, remote sensing, hyperspectral imaging, optimization, information
Information about sources of financing: -
1 - National Aerospace Agency, Baku, Republic of Azerbaijan
Abstract
The article is devoted to the optimization of hyperspectral remote sensing using unmanned aerial vehicles (UAVs) as a carrier of measuring equipment. It is known that hyperspectral images obtained using hyperspectrometers mounted on UAVs turned out to be too noisy due to the influence of atmospheric conditions, vibration of the UAV platform, and optical instruments. The signal-to-noise ratio is the most important parameter, depending on the wavelength of the measurements being taken and determining the quality of remote sensing devices, as well as the images themselves obtained by remote sensing methods. At the same time, the quality of such images is mainly determined by the signal-to-noise ratio. The goal of the research is to create a mathematical information model of hyperspectrometers and on this basis, optimize the entire process of remote sensing of the earth's surface using a UAV, which is the carrier of a hyperspectrometer. The information content of hyperspectral images obtained using UAVs equipped with hyperspectrometers has been studied. An optimization variational problem of finding the optimal type of dependence of the signal-to-noise ratio on the wavelength at which the maximum information content of the resulting hyperspectral images can be achieved has been compiled. Solving the variational problem taking into account the restrictive condition made it possible to determine the optimal form of the desired function in which the information content of the hyperspectral image can reach its maximum. To verify the optimal result obtained, a model study was carried out. The results of the modeling study showed that the information content of hyperspectral remote sensing in the considered measurement mode can be increased to 11 percent. Thus, the possibility of synthesizing the optimal mode of hyperspectral remote sensing using unmanned aerial vehicles equipped with hyperspectral equipment is shown.
Keywords: UAV, remote sensing, hyperspectral imaging, optimization, information
Information about sources of financing: -