Hyperspektralt kamera Forsker Torbjørn Skauli. Kaffemaskin. Datamaskin

Transkript

1 Hyperspektralt kamera Forsker Torbjørn Skauli Kaffemaskin Datamaskin

2 Forsker Torbjørn Skauli Oppvokst på Romsås, i femte etasje interessert i teknikk som gutt flink på skolen Naturfaglinjen på videregående skole Studerte til "Siv.ing." (nå Master) i fysikk ved "NTH" (nå NTNU) Doktorgrad ved Universitetet i Oslo, forskningsarbeid ved FFI Har arbeidet som gjesteforsker i England og USA Arbeider i forskningsprosjekter innen nanoteknologi og kamerateknologi ved FFI Er prosjektleder med ansvar for fag, økonomi og personell

3 Spektrale fingeravtrykk 3,0 2,5 Lysstyrke, sollys % refleksjon Lysstyrke, reflektert 100 3,0 a) b) c) 2,5 80 Belysning (relativ) 2,0 1,5 1,0 0,5 Reflektans (%) Mottatt lys (relativ) 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,0 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Bølgelengde (mikrometer) Bølgelengde (mikrometer) Bølgelengde (mikrometer) Lys består av mange bølgelengder Ulike bølgelengder har ulik lysstyrke: et spektrum Et objekt reflekterer noen bølgelengder sterkere enn andre ("farge") Kameraet mottar lys med spektralt "fingeravtrykk" av objektet det er reflektert fra (farge, i utvidet forstand)

4 Eksempel: jungel av potteplanter Vi bruker denne oppstillingen som eksempel: tre ekte planter en kunstig plante en legomann grønn teltduk i bakgrunnen Bildet er tatt opp ved hjelp av et hyperspektralt kamera

5 Hyperspektral avbildning Hvert bildepunkt inneholder detaljert informasjon om lysets spektrum Bildene er "kuber" av data: y-posisjon x-posisjon Bølgelengde Spektrene gir rikholdig informasjon om materialene i bildet Spesialiserte kameraer kreves for å ta opp slike bilder Light intensity (relative) Lysstyrke (relativ) Spektralt bilde av planter og legomann 10 9 Blomsterpotte 8 Grønn plast Rød plast 7 Gul plast 6 Grønt blad Bølgelengde i nanometer Wavelength (nm) Noen enkeltspektre fra et hyperspektralt bilde

6 Kontrast ved ulike bølgelengder 473 nm 547 nm 621 nm 681 nm 770 nm Bilder tatt opp ved ulike bølgelengder har ulik kontrast Disse bildene er hentet ut fra ett hyperspektralt bilde

7 Bildebehandling i datamaskin Datamaskinen kan ta hensyn til alle bølgelengder i det hyperspektrale bildet samtidig Datamaskinen kan dermed utnytte bildet bedre enn øyet Dette bildet er laget ved å klassifisere hvert pixel-spektrum Det er ingen tvil: plante nr. 3 fra venstre er den kunstige

8 Hyperspektral objektdeteksjon Datamaskinen kan detektere "interessante" spektre Her: resultat av et søk etter avvikende, sjeldne spektre Legomannen skiller seg klart ut fra bakgrunnen

9 Deteksjon av kjøretøy Utsnitt av hyperspektralt bilde med åpne og skjulte kjøretøy. Resultat av statistisk analyse: Beregner hvor "unormal" hver pixel er, i forhold til hele bildet. Automatisk deteksjon av objekter: - uavhengig av objektenes form eller omriss - uavhengig av objektenes temperatur

10 Mange ulike anvendelser Militært: deteksjon av objekter i terrenget Redningstjeneste: søk etter savnede Miljø: kartlegging av vegetasjon og forurensning Industri: prosess- og kvalitetskontroll Politi: åstedsundersøkelser... og mange flere

11 Installasjon av kamera i fly Bilder fra hyperspektrale studenters eventyr Prøveflyvning for første gang: Stud. Trond Løke betjener kameraet

12 Bardufoss 2004: Opptak av referansespektre samtidig med avbildning fra fly Sverige 2003: Klargjøring av kamuflert kjøretøy før flyfotografering Bardufoss 2004: Student Trym Haavardsholm under dokumentasjon av måloppstilling Kjeller 2005: student Anders Rødningsby analyserer bilder

13 Man kan lære mye nyttig gjennom hobby Mange morsomme ting som du kan lære deg på hobbybasis, vil være nyttige bl.a. for studier og jobb innen realfag: Lese fagbøker og populærvitenskapelige tidsskrifter Kjøkkenkjemi Programmering (Java, Python, Phrogram, C eller Mathematica) Lego-robot, inklusiv deltakelse i den årlige robotkonkurransen Modellfly/-bil/-båt Bygge elektronikk, f.eks. fra byggesett Ta fra hverandre ting og reparere ting Registrere og analysere data Hobbyrom Dessuten kan jeg anbefale Lære å skrive norsk og engelsk bra Lære å skrive raskt på tastatur

14 SLUTT Eksempel på forskning: hyperspektralt kamera i fly på Bardufoss