Method and software for hyperspectral data analysis focused on automatic detection and identification of chemical agents

• Autorzy: Kastek M. , Piątkowski T. , Chamberland M. , Lagueux P.

Warianty tytułu

PL

Metoda i oprogramowanie do analizy hyperspektralnych danych przeznaczona do automatycznego wykrycia i identyfikacji skażeń chemicznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents detection and identification of gases using an infrared imaging Fourier-transform spectrometer. The principle of operation of the spectrometer and the method for gases detection and identification is shown in the paper. The new software with implementation of method based on Clutter Match Filter, focused on detection and identification of gases is presented. Some results of the detection of various types of gases are also given.

PL

Wykrywanie zagrożeń we współczesnym świecie jest jednym z głównych zadań stawianych przed urządzeniami optoelektronicznymi. Skażenia chemiczne to jedne z wielu zagrożeń które są wykrywane za pomocą obserwacyjnych urządzeń podczerwieni. Jednym z zaawansowanych technologicznie urządzeń jest fourierowski spetroradiometr obrazowy wyposażony w matrycę 320x256 detektorów typu MCT (Mercury Cadmium Telluride). Konstrukcja spektroradiometru oparta na układzie interferometru Michelsona-Moreya umożliwia uzyskanie rozdzielczości spektralnej od 0.25 cm-1 do 150 cm-1 w zakresie od 830 cm-1 (12 μm) do 1290 cm-1 (7.75 μm) z częstotliwości rejestracji obrazów 0.2 Hz. Zasada działania spektroradiometru oraz jego parametry techniczne zostały przedstawione w pierwszej części artykułu natomiast dalsza część poświęcona jest metodzie analizy hyperspektralnych danych rejestrowanych za jego pomocą. Analiza danych oparta na dwóch zaawansowanych metoda filtracji bazujących na CMF (Clutter Match Filter) oraz bazie danych charakterystyk widmowych gazów umożliwia na automatyczną detekcję i identyfikację wybranych związków chemicznych. Metoda została przetestowana podczas badań laboratoryjnych, a pozytywne wyniki pozwoliły na implementację jej do komercyjnego oprogramowania. Uzyskane wyniki podczas testów przeprowadzonych w warunkach rzeczywistych (szczególnie podczas detekcji i identyfikacji związków chemicznych podczas swobodnego parowania) świadczą o dużej skuteczności opracowanej metody.

Słowa kluczowe

EN

hyperspectral detection; infrared imaging spectroradiometer

PL

hyperspektralna detekcja; obrazowy spektroradiometr podczerwieni

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 59, nr 9
• Strony: 989--993
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., wzory

Twórcy

autor

Kastek M.

• Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

autor

Piątkowski T.

• Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

autor

Chamberland M.

• TELOPS Inc., 100-2600 St-Jean-Baptiste, Quebec, Qc, G2E 6J5, Canada

autor

Lagueux P.

• TELOPS Inc., 100-2600 St-Jean-Baptiste, Quebec, Qe, G2E 6J5, Canada

Bibliografia

• [1] Harig R., Matz G.: Toxic Cloud Imaging by Infrared Spectrometry: A Scanning FTIR System for Identification and Visualization. Field Analytical Chemistry and Technology, 5(1-2), 75-90, (2001).
• [2] Griffin M. K., Kerekes J. P., Farrar K. E., Burke H. H. K.: Characterization of Gaseous Effluents from Modeling of LWIR Hyperspectral Measurements, Proc. of SPIE, 4381, 360-369, (2001).
• [3] Tremblay P., Savary S., Rolland M., Villemaire A., Chamberland M., Farley V.: Standoff gas identification and quantification from turbulent stack plumes with an imaging Fourier-transform spectrometer. Proc. of SPIE, 7673, 76730H, (2010).
• [4] Spisz T. S., Murphy P. K., Carter C. C., Carr A. K., Vallières A., Chamberland M.: Field test results of standoff chemical detection using the FIRST. Proc. of SPIE, 6554, 655408, (2007).
• [5] Farley V., Chamberland M., Lagueux P., Vallières A., Villemaire A., Giroux J.: Chemical agent detection and identification with a hyperspectral imaging infrared sensor. Proc. of SPIE, 6661, 66610L, (2007).
• [6] Kastek M., Piątkowski T., Trzaskawka P.: Infrared imaging Fourier transform spectrometer as the stand–off gas detection systems, Metrology and Measurement Systems, Vol. XVIII, No. 4, pp. 607-620, (2011).
• [7] Kastek M., Piątkowski T., Dulski R., Chamberland M., Lagueux P., Farley V.: Hyperspectral Imaging Infrared Sensor Used for Chemical Agent Detection and Identification, Sym. on Phot. and Opto. SOPO 2012, art. no. 6270545 (2012).
• [8] Theiler J., Foy B. R. & Frasner A. M. (2007): Beyond the adaptive matched filter: nonlinear detectors for weak signals in high-dimensional clutter. Proc. SPIE, vol. 6565, no. 3.
• [9] Fisher R. (1936): The use of multiple measurements in taxonomic problems. Annals of Eugenics, vol. 7 , pp. 179–188.
• [10] Czerwinski R. N., Upham C. A., Wack E. C., Burke K. & Griffin M. K. (2005): A procedure for embedding effluent plumes into LWIR imagery. Proc. SPIE, vol. 5806, no. 1 , pp. 78–87.
• [11] O’Donnell E. M., Messinger D. W., Salvaggio C. & Schott J. (2004): Identification and detection of gaseous effluents from hyperspectral imagery using invariant algorithms. Proc. SPIE, vol. 5425 , pp. 573–582.
• [12] Kuo S. D., Schott J. R. & Chang C. Y. (2000): Synthetic image generation of chemical plumes for hyperspectral applications. Optical Engineering vol. 39, no. 4 , pp. 1047–1056.
• [13] Kastek M., Piątkowski T., Dulski R., Chamberland M., Lagueux P., Farley V.: Method of gas detection applied to infrared hyperspectral sensor, Phot. Lett. of Poland, 4 (4), 146 (2012).