Nye miniaturiserede hyperspektrale kameraer til overvågning af sundheden i australske landskaber

Mød miljøovervågningens nye ansigt - en kombination af ubemandede luftfartøjer (UAV) og et højt specialiseret kamera, der engang var så stort og dyrt, kun satellitter og fly kunne bære dem.

QUT fjernforskningsforskere og UAV -ingeniører er banebrydende i brugen af ​​nye miniaturiserede hyperspektrale kameraer til at overvåge sundheden i australske landskaber mere detaljeret end nogensinde før.

Projektleder lektor Felipe Gonzalez sagde, at hans team var blandt de første i verden til at få luftsperspektrale billeder af et koralrev i ekstraordinær opløsning - det uberørte Ningaloo -rev på Ningaloo Coast World Heritage site i Western Australia - i en dataindsamlingsmission det vil hjælpe med at informere fremtidig forskning.

"Normale kameraer optager billeder i tre bånd i det synlige spektrum - rødt, grøn og blå - blande disse bånd sammen for at skabe farver, som mennesker ser dem, "sagde professor Gonzalez, fra QUT's Institute for Future Environments (IFE).

"Til sammenligning, det hyperspektrale kamera fanger 270 bånd i de synlige og nær-infrarøde dele af spektret, giver langt flere detaljer, end det menneskelige øje kan se.

"Og, da vi flyver det på små UAV'er på 30-100m over vandet, de indsamlede data har en utrolig høj opløsning. "

På 290 kilometer, Ningaloo Reef er et af de længste og strukturelt komplekse nærkystrev i verden.

Professor Gonzalez sagde, at nye lette hyperspektrale kameraer ville åbne mange muligheder for revovervågning og samarbejde med havforskere.

IFE -forskere arbejder allerede på at integrere en hyperspektral kameraenhed i et undervandshus til marine robotter.

"UAV'er er en omkostningseffektiv sensorplatform og et godt komplementært værktøj til eksisterende satellit, bemandede fly og undersøiske undersøgelser, "Sagde professor Gonzalez.

"Storstilet, undersøgelser i stor højde af Ningaloo og Great Barrier rev kan mangle den nødvendige opløsning til at identificere individuelle koraller, så dette er nichen til UAV-undersøgelser i lav højde. "

Ved hjælp af data indsamlet af ingeniører i IFE's Research Engineering Facility (REF), Professor Gonzalez og hans team udvikler revolutionerende software til hurtigt at analysere luftbårne hyperspektrale oplysninger fra Ningaloo -revet, og til en lang række andre miljømæssige formål, herunder påvisning af invasive planter i Vest -Australien og sygdomme i hvedeafgrøder.

Systemet understøttes af en topmoderne, REF-designet og fremstillet gimbal, der muliggør stabiliseret billedoptagelse fra det hyperspektrale kamera ombord på QUTs ubemandede luftfartøjer.

QUT -forskningsingeniør Dr Dmitry Bratanov sagde, at det hyperspektrale UAV -system undersøgte cirka 40 ha Ningaloo Reef på 30 minutter i en flyvehøjde på 100 m.

"Dette giver os en rumlig opløsning på cirka 15 cm pr. Pixel - mere end nok detaljer til at detektere og overvåge individuelle korallarter" sagde Bratanov.

"Det helt særlige ved det hyperspektrale kamera er, at det tager billeder på tværs af 270 skiver af spektret. Denne enorme mængde information giver mulighed for klassificering af korallarter, sand og alger baseret på deres unikke spektrale signaturer. "

Professor Gonzalez sagde, at disse underskrifter meget ligner fingeraftryk.

"Vi bygger algoritmer til kunstig intelligens, der automatisk kan genkende og klassificere disse unikke signaturer - den hyperspektrale ækvivalent til en politis 'fingeraftryksdatabase', Professor Gonzalez sagde.

"Denne database vil blive mere og mere værdifuld for alle miljøforskere i fremtiden."

NASA's Coral Reef Airborne Laboratory (CORAL) mission udfører i øjeblikket hyperspektral kortlægning af Great Barrier Reef i stor højde med bemandede fly.

"CORAL -systemet giver en opløsning på 7,5 m pr. Pixel sammenlignet med QUT's UAV -system med 15 cm pr. Pixel, og vores bemandede fly udstyret med et hyperspektral kamera, der fanger data med 35 cm pr. pixel ved 230 m fra jorden, "Sagde professor Gonzalez.

"Vores data ville give en fascinerende sammenligning mellem et fjerntliggende uberørt rev i Vest -Australien og et revsystem under pres fra menneskelige aktiviteter langs Queensland -kysten.

"Der er mange fordele ved at bruge mindre hyperspektrale kameraer og en UAV-det er omkostningseffektivt, hurtig at implementere og fleksibel - en mission kan planlægges når som helst på strategiske steder, hvor der kræves et højere detaljeringsniveau.

"Det er spændende at være i spidsen for en ny tilgang til overvågning og styring af det australske miljø."