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

摘要

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.%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.