高光谱遥感
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点，即在可见到近红外光谱区其光谱通道多达数十甚至超过 100以上。随着遥感光谱分辨率的进一步提高，在达到10-3λ 时，遥感即进入了超高光谱(Ultraspectral)阶段 、
光谱区域（nm）：
400
700 1100
2500
5500
14000
VIS
PIR
MIR
VNIR
Sunlight
光谱分辨率
多光谱 高光谱
高光谱遥感的基本概念
单 个
像
元
的
光
谱
曲
线
航 向
扫描方向
波段方向
不同地物的光谱曲线
高光谱遥感的基本概念
• Panchromatic, Multispectral ,Hyperspectral
Hyperspectral
Panchromatic & color photography
Multispectral
256
460-1 100
32
M AIS
1 440-2 400 32 8 200-12 200 7
PHI
400-850
224
Hy Map
450-2 480
128
WIS
400-5 400
812
760-850
1
AS TER
3 000-5 000 3
(模拟器)
8 000-12 000 20
EO-1/ ALI 400-2 400
9 0.0 3 2.4 4 0.0
92
7 8.0
7 0.0
7.2 9 0.0 21 6 1.3 2 8.8 65 .0, 10 4.0 3 7km
10
30m
7 5km
2-6
2 50m
18 5km
可变
30m
18 5km
20 /16
30m
1 5km
图像立方体 10 个视角 7 50/-550 图 像立方体
高光谱遥感的基本概念
高光谱遥感的基础是波谱学，早在20世纪初波 谱学就被用于识别分子和原子的结构。由于物 质是由分子、原子构成的，组成物质的分子、 原子的种类及其排列方式决定了该物质区别于 其它物质的本质特征。当电磁波入射到物质表 面时，物质内部的电子跃迁，原子、分子的振 动、转动等作用使物质在特定的波长形成特有 的吸收和反射特征，能够通过物质的反射（或 吸收）光谱上反映出物质的组成成分与结构的 差异,然而这些吸收和反射特征在传统的多光 谱遥感数据上很难清楚地体现（童庆禧， 1990）。
波段数 5-10
100-200
Δλ/λ 0.1 0.01
VNIR 50-100 5-20
IRT
MIR 100-200
10-50
IRT 1000-2000 100-500
高光谱遥感的基本概念
高光谱遥感起源于20世纪70年代初的多光谱遥 感,它将成像技术与光谱技术结合在一起,在对目标 的空间特征成像的同时,对每个空间像元经过色散 形成几十乃至几百个窄波段以进行连续的光谱覆 盖,这样形成的遥感数据可以用“图像立方体”来形 象的描述.同传统遥感技术相比, 其所获取的图像包 含了丰富的空间,辐射和光谱三重信息。
4.7/11.7 20.0 20.0 400−800 <5 15 11 ,16 9 0.0 60 0.0 20 0.0 可变
2.5 3.3 4.5 0.55 3.3/11.7
2 .1/3.0
3 .3,2 .2 或1.1
2.0
0.5 1.3,3. 0 或 4.5 1.5 2.5 0 .66 1.0,2. 5 5.0 30m
能 力
z能获取地物目标的精细光谱特征 z综合地面目标的空间维、时间维、光谱维特征 z探测各种目标的成分属性及有机目标的状态属性
优 点
z有利于利用光谱特征分析来研究地物 z有利于采用各种光谱匹配模型 z有利于地物的精细分类与识别
应用 领域
zz各农种业需、识地别质地、面城目市标、的环领境域、军事（（伪侦装察与与反反伪侦装察））
环境、城市、军事、水文、
大气等方面都有巨大的应 工作方式
用前景。
FOV
IFOV
我国在中科院遥感所 和上海技物所等单位的协 作下，发展的OMIS，
S/N 波段数 光谱范围 光谱分辨率
MAIS，PHI等航空高光谱 像元数
成像仪也达到了很高的水
光谱采样 重量
平
帧频
数据速率
航空高光谱仪 PHI
面阵CCD推扫 0.36rad(21degree) 1.0mrad 300 244bands VIS-NIR(400nm--850nm) <5nm 376pixels/line 1.86nm 9Kg 60Fr/sec 7.2Mb/Sec.
机载 1987-1991 机载 1992 始
机载 1986 始
GE RIS
400-100
24
1 000-2 000 7
2 000-2 500 32
RO SIS
450-850
128
800-1 700
64
IMS
1 500-3 000 64
500-980
32
A MSS
2 000-2 500 8 8 000-12 000 6
美国 (G ER)
德国
图像立方体 法国
机载 机载 机载
图 像立方体
澳大利亚 机载
(G EOSCAN)
图 像立方体
GER 为 ESA 机载
研制
图 像立方体
美国 机载
Daeda lus
图像立方体 NRL
机载
图像立方体 中国
机载
图 像立方体 图 像立方体
图 像立方体 图 像立方体
中国 澳大利亚 美国 GER 为日 本 JGI 研 制
光谱仪 Spectro SE 590TM ASD PSⅡTM SpectraS can PR-650TM ASD FieldSpec UV/VNIRTMGER1 500TM GER 1 500TM Inter Spectronics PI MA ⅡTM ASD FieldSpec NIRTM GER IRIS Mk IVTM GER SIRI STM ASD FieldSpec F RTM
10
ΕΟ−1/ΗΨ
220
ΠΕΡΙ ON
EO-1/ LAC
256
Landsat7
7/W TM+
Obv iew-4
MO DIS
MERIS
AR IES
400-2 500
2 5.4 12 0.0 1 6.5 <5.0 12.5 2 5.0 2 0.0-71.0 6 0.0 57 0.0 1 6.0 10 0.0 1 5.0 200 0.0 60 0.0 2 0.0 5 0.0 8.0 400/ 500
高光谱遥感器
PHI推扫式成像仪介绍
2000.6日本长野实验，具有80个 波段的PHI高光谱图像立方体
高光谱遥感器
OMIS系统实物
OMIS系统模型
高光谱遥感器
光学系统由扫描机构、成像子系统和光谱仪模块组成,各个模 块的组成和特点为：
•扫描机构：45º旋转反射镜作扫描部件，扫描角大，航空遥 感作业效率高；且设置了高、低温黑体源及可见光源，作机 上定标。
航天高光谱仪 Hyperion
遥感器 PLI-PMI C ASI S FSI AIS-1
AIS-2 AVI RIS (20 km) A SAS 改进 ASAS
GE RIS
光谱范围 ( nm)
403-805 430-870 1 200-2 400 900-2 100 1 200-2 400 800-1 600 1 200-2 400
62
1 1.5
0.80 25.0 图像立方体 美国
24
2 5.4
2.5
图像立方体 美国
7
12 0.0
3.3
90.0 10 个视角
(G ER)
32
1 6.5
4.5
7 50/-550
机载或 星载 机载 机载 机载
运行时段
1 984-90 89 年始 1993
机载 82-85
机载 1985-1987
机载 1987 始
VIS/NIR SWIR-II MIR
TIR
辅助通道
主通道
全反射离轴镜设计 公用准直镜→分色滤光片→色散元件→会聚镜→线阵
探测器
反射式平面闪耀光栅
透射式会聚镜组
下层光谱仪模块
上层光谱仪模块
高光谱遥感器
MAIS系统（Modular Airborne Imaging Spectrometer）
VNIR: 32 波段 (0.44~1.08um) 光谱分辨率: 20nm
SWIR: 32 波段 (1.5~2.45um) 光谱分辨率: 25nm
TIR: 7 波段 (8.0~11.6) 光谱分辨率: 0.45um
IFOV: 3.0mrad FOV: 90 degree scanning : 10-20(line/second) digitizer: 12bit
MAIS：云南腾冲火山群
高光谱遥感器
Hyperion is a push-broom imager with: – 220 10 nm bands covering the spectrum from 0.4 μm - 2.5 μm – 6% absolute radiometric accuracy – Image swath width of 7.5 km – GSD of 30 m at 705 km altitude – 12-bit image data – Mass: 49 kg – One year Life (2 year Goal)
3 5.0
剖面图像 剖面图像
加拿大 加拿大
122
1 0.0
0.4
11.7 图像立方体 加拿大
128
9.3
1.91 3.7
图像立方体 美国
128
1 0.6
2.05 7.3
图像立方体 美国
224
9.4-16.0 1.0
3 0.0 图像立方体 美国
(20m) (12km)
28
1 5.0
0.80 25.0 图像立方体 美国
国际遥感界认为光谱分辨率在10-1λ数量级范围内的为多 光谱(Multispectral)，这样的遥感器在可见光和近红外光谱区 只有几个波段，如美陆地卫星TM和法国SPOT卫星等; 光谱分 辨率在10-2λ的遥感信息称之为高光谱(Hyperspectral)遥感。由 于其光谱分辨率高达纳米(nm)数量级，往往具有波段多的特
400-2 450
455-873 400-1 060 400-100 1 000-2 000 2 000-2 500
表 1.1，国际上部分成像光谱仪一览表（陈述彭等，1997）
波段宽
I FOV
FOV
波段数
数据形式
国家
(nm) (mrad) (°)
288
2.5
288
2.9
0.66/0.8 70.0
1.2
•成像子系统：使用成像主镜的中心遮光区，形成两个独立的 光学通道一主通道和辅助通道，既分离了波长紧接的可见光、 近红外区与短波红外I区，又提高了光学效率。
•光谱仪模块：各光谱区自成一个光谱仪，使用各自的分光元 件、会聚镜组和探测器。
高光谱遥感器
波段
OMIS系统部分参数 128波段
波长 光谱分辩率
64(64,32,16) 0.4-1.1um 10nm
机载
星载 星载
星载
星载
星载
星载 星载 星载 星载
1986 始 1991 始 1991 始
1985 始
设计中
设计中
设计中 1991 始 96 年始 1 998 1 996 1992 始 研制中 研制中 研制中 研制中 研制中 研制中 研制中 研制中
国际上常用的一些非成像光谱仪的技术参数（浦瑞良，宫鹏，2000）
4 980-1 010 32
1 000-1 800 8 DAIS-791
1 970-2 450 32 5
3 000-5 000 1
8 7来自百度文库0-12 300 6
MI VIS
433-833
20
1 150-1 550 8
200-2 500
64
8 200-12 700 10
HYD ICE 400-2 500
高光谱遥感的基本概念
明矾矿在高光谱与多光谱上的波谱差别
高光谱遥感器
窄波段CCD相机 获得的高空间、高光 谱分辨率图像
杂 草
土 壤
小 麦 经反射率转换后 的图像立方体 空间分辨率2.4mm,光谱分辨率10nm
高光谱遥感器
高光谱技术所获取的
图像包含了丰富的空间、
辐射和光谱三重信息，因
而在地质、农业、植被、
10-1λ
>10-2λ
高光谱遥感的基本概念 2 Radiant
2 Spatial (2D)
高光谱图像立方体
2 Spectral
高光谱遥感的基本概念
z光谱分辨率高(λ×10-2)
特 点
z波段多⎯数十到数百 z谱⎯像合一的特点 z信息量大，一次数据获取达千兆(GB)级
z数据速率高，数十⎯数百兆比特/秒
高光谱遥感
• 高光谱遥感的基本概念 • 高光谱遥感器及平台简介 • 高光谱遥感技术 • 高光谱应用概况
高光谱遥感的基本概念
• 高光谱分辨率（简称为高光谱）遥感或成像光 谱遥感技术的发展是过去二十年中人类在对地 观测方面所取得的重大技术突破之一，是当前 遥感的前沿技术。它是指利用很多很窄的电磁 波波段获取许多非常窄且光谱连续的图像数据 的技术，融合了成像技术和光谱技术，准实时 地获取研究对象的影像和每个像元的光谱分布。
16(8,1)
1.1-2.0um 60nm
32(32,1) 2.0-2.5um 15nm
8(8,1)
3.0-5.0um 250nm
8(8,1)
8.0-12.5um 500nm
IFOV 3.0,1.5mrad
FOV > 70 degree
光谱仪 光学通道 光路形式
色散元件 会聚单元 空间布局
SWIR-I
光谱区域（nm）：
400
700 1100
2500
5500
14000
VIS
PIR
MIR
VNIR
Sunlight
光谱分辨率
多光谱 高光谱
高光谱遥感的基本概念
单 个
像
元
的
光
谱
曲
线
航 向
扫描方向
波段方向
不同地物的光谱曲线
高光谱遥感的基本概念
• Panchromatic, Multispectral ,Hyperspectral
Hyperspectral
Panchromatic & color photography
Multispectral
256
460-1 100
32
M AIS
1 440-2 400 32 8 200-12 200 7
PHI
400-850
224
Hy Map
450-2 480
128
WIS
400-5 400
812
760-850
1
AS TER
3 000-5 000 3
(模拟器)
8 000-12 000 20
EO-1/ ALI 400-2 400
9 0.0 3 2.4 4 0.0
92
7 8.0
7 0.0
7.2 9 0.0 21 6 1.3 2 8.8 65 .0, 10 4.0 3 7km
10
30m
7 5km
2-6
2 50m
18 5km
可变
30m
18 5km
20 /16
30m
1 5km
图像立方体 10 个视角 7 50/-550 图 像立方体
高光谱遥感的基本概念
高光谱遥感的基础是波谱学，早在20世纪初波 谱学就被用于识别分子和原子的结构。由于物 质是由分子、原子构成的，组成物质的分子、 原子的种类及其排列方式决定了该物质区别于 其它物质的本质特征。当电磁波入射到物质表 面时，物质内部的电子跃迁，原子、分子的振 动、转动等作用使物质在特定的波长形成特有 的吸收和反射特征，能够通过物质的反射（或 吸收）光谱上反映出物质的组成成分与结构的 差异,然而这些吸收和反射特征在传统的多光 谱遥感数据上很难清楚地体现（童庆禧， 1990）。
波段数 5-10
100-200
Δλ/λ 0.1 0.01
VNIR 50-100 5-20
IRT
MIR 100-200
10-50
IRT 1000-2000 100-500
高光谱遥感的基本概念
高光谱遥感起源于20世纪70年代初的多光谱遥 感,它将成像技术与光谱技术结合在一起,在对目标 的空间特征成像的同时,对每个空间像元经过色散 形成几十乃至几百个窄波段以进行连续的光谱覆 盖,这样形成的遥感数据可以用“图像立方体”来形 象的描述.同传统遥感技术相比, 其所获取的图像包 含了丰富的空间,辐射和光谱三重信息。
4.7/11.7 20.0 20.0 400−800 <5 15 11 ,16 9 0.0 60 0.0 20 0.0 可变
2.5 3.3 4.5 0.55 3.3/11.7
2 .1/3.0
3 .3,2 .2 或1.1
2.0
0.5 1.3,3. 0 或 4.5 1.5 2.5 0 .66 1.0,2. 5 5.0 30m
能 力
z能获取地物目标的精细光谱特征 z综合地面目标的空间维、时间维、光谱维特征 z探测各种目标的成分属性及有机目标的状态属性
优 点
z有利于利用光谱特征分析来研究地物 z有利于采用各种光谱匹配模型 z有利于地物的精细分类与识别
应用 领域
zz各农种业需、识地别质地、面城目市标、的环领境域、军事（（伪侦装察与与反反伪侦装察））
环境、城市、军事、水文、
大气等方面都有巨大的应 工作方式
用前景。
FOV
IFOV
我国在中科院遥感所 和上海技物所等单位的协 作下，发展的OMIS，
S/N 波段数 光谱范围 光谱分辨率
MAIS，PHI等航空高光谱 像元数
成像仪也达到了很高的水
光谱采样 重量
平
帧频
数据速率
航空高光谱仪 PHI
面阵CCD推扫 0.36rad(21degree) 1.0mrad 300 244bands VIS-NIR(400nm--850nm) <5nm 376pixels/line 1.86nm 9Kg 60Fr/sec 7.2Mb/Sec.
机载 1987-1991 机载 1992 始
机载 1986 始
GE RIS
400-100
24
1 000-2 000 7
2 000-2 500 32
RO SIS
450-850
128
800-1 700
64
IMS
1 500-3 000 64
500-980
32
A MSS
2 000-2 500 8 8 000-12 000 6
美国 (G ER)
德国
图像立方体 法国
机载 机载 机载
图 像立方体
澳大利亚 机载
(G EOSCAN)
图 像立方体
GER 为 ESA 机载
研制
图 像立方体
美国 机载
Daeda lus
图像立方体 NRL
机载
图像立方体 中国
机载
图 像立方体 图 像立方体
图 像立方体 图 像立方体
中国 澳大利亚 美国 GER 为日 本 JGI 研 制
光谱仪 Spectro SE 590TM ASD PSⅡTM SpectraS can PR-650TM ASD FieldSpec UV/VNIRTMGER1 500TM GER 1 500TM Inter Spectronics PI MA ⅡTM ASD FieldSpec NIRTM GER IRIS Mk IVTM GER SIRI STM ASD FieldSpec F RTM
10
ΕΟ−1/ΗΨ
220
ΠΕΡΙ ON
EO-1/ LAC
256
Landsat7
7/W TM+
Obv iew-4
MO DIS
MERIS
AR IES
400-2 500
2 5.4 12 0.0 1 6.5 <5.0 12.5 2 5.0 2 0.0-71.0 6 0.0 57 0.0 1 6.0 10 0.0 1 5.0 200 0.0 60 0.0 2 0.0 5 0.0 8.0 400/ 500
高光谱遥感器
PHI推扫式成像仪介绍
2000.6日本长野实验，具有80个 波段的PHI高光谱图像立方体
高光谱遥感器
OMIS系统实物
OMIS系统模型
高光谱遥感器
光学系统由扫描机构、成像子系统和光谱仪模块组成,各个模 块的组成和特点为：
•扫描机构：45º旋转反射镜作扫描部件，扫描角大，航空遥 感作业效率高；且设置了高、低温黑体源及可见光源，作机 上定标。
航天高光谱仪 Hyperion
遥感器 PLI-PMI C ASI S FSI AIS-1
AIS-2 AVI RIS (20 km) A SAS 改进 ASAS
GE RIS
光谱范围 ( nm)
403-805 430-870 1 200-2 400 900-2 100 1 200-2 400 800-1 600 1 200-2 400
62
1 1.5
0.80 25.0 图像立方体 美国
24
2 5.4
2.5
图像立方体 美国
7
12 0.0
3.3
90.0 10 个视角
(G ER)
32
1 6.5
4.5
7 50/-550
机载或 星载 机载 机载 机载
运行时段
1 984-90 89 年始 1993
机载 82-85
机载 1985-1987
机载 1987 始
VIS/NIR SWIR-II MIR
TIR
辅助通道
主通道
全反射离轴镜设计 公用准直镜→分色滤光片→色散元件→会聚镜→线阵
探测器
反射式平面闪耀光栅
透射式会聚镜组
下层光谱仪模块
上层光谱仪模块
高光谱遥感器
MAIS系统（Modular Airborne Imaging Spectrometer）
VNIR: 32 波段 (0.44~1.08um) 光谱分辨率: 20nm
SWIR: 32 波段 (1.5~2.45um) 光谱分辨率: 25nm
TIR: 7 波段 (8.0~11.6) 光谱分辨率: 0.45um
IFOV: 3.0mrad FOV: 90 degree scanning : 10-20(line/second) digitizer: 12bit
MAIS：云南腾冲火山群
高光谱遥感器
Hyperion is a push-broom imager with: – 220 10 nm bands covering the spectrum from 0.4 μm - 2.5 μm – 6% absolute radiometric accuracy – Image swath width of 7.5 km – GSD of 30 m at 705 km altitude – 12-bit image data – Mass: 49 kg – One year Life (2 year Goal)
3 5.0
剖面图像 剖面图像
加拿大 加拿大
122
1 0.0
0.4
11.7 图像立方体 加拿大
128
9.3
1.91 3.7
图像立方体 美国
128
1 0.6
2.05 7.3
图像立方体 美国
224
9.4-16.0 1.0
3 0.0 图像立方体 美国
(20m) (12km)
28
1 5.0
0.80 25.0 图像立方体 美国
国际遥感界认为光谱分辨率在10-1λ数量级范围内的为多 光谱(Multispectral)，这样的遥感器在可见光和近红外光谱区 只有几个波段，如美陆地卫星TM和法国SPOT卫星等; 光谱分 辨率在10-2λ的遥感信息称之为高光谱(Hyperspectral)遥感。由 于其光谱分辨率高达纳米(nm)数量级，往往具有波段多的特
400-2 450
455-873 400-1 060 400-100 1 000-2 000 2 000-2 500
表 1.1，国际上部分成像光谱仪一览表（陈述彭等，1997）
波段宽
I FOV
FOV
波段数
数据形式
国家
(nm) (mrad) (°)
288
2.5
288
2.9
0.66/0.8 70.0
1.2
•成像子系统：使用成像主镜的中心遮光区，形成两个独立的 光学通道一主通道和辅助通道，既分离了波长紧接的可见光、 近红外区与短波红外I区，又提高了光学效率。
•光谱仪模块：各光谱区自成一个光谱仪，使用各自的分光元 件、会聚镜组和探测器。
高光谱遥感器
波段
OMIS系统部分参数 128波段
波长 光谱分辩率
64(64,32,16) 0.4-1.1um 10nm
机载
星载 星载
星载
星载
星载
星载 星载 星载 星载
1986 始 1991 始 1991 始
1985 始
设计中
设计中
设计中 1991 始 96 年始 1 998 1 996 1992 始 研制中 研制中 研制中 研制中 研制中 研制中 研制中 研制中
国际上常用的一些非成像光谱仪的技术参数（浦瑞良，宫鹏，2000）
4 980-1 010 32
1 000-1 800 8 DAIS-791
1 970-2 450 32 5
3 000-5 000 1
8 7来自百度文库0-12 300 6
MI VIS
433-833
20
1 150-1 550 8
200-2 500
64
8 200-12 700 10
HYD ICE 400-2 500
高光谱遥感的基本概念
明矾矿在高光谱与多光谱上的波谱差别
高光谱遥感器
窄波段CCD相机 获得的高空间、高光 谱分辨率图像
杂 草
土 壤
小 麦 经反射率转换后 的图像立方体 空间分辨率2.4mm,光谱分辨率10nm
高光谱遥感器
高光谱技术所获取的
图像包含了丰富的空间、
辐射和光谱三重信息，因
而在地质、农业、植被、
10-1λ
>10-2λ
高光谱遥感的基本概念 2 Radiant
2 Spatial (2D)
高光谱图像立方体
2 Spectral
高光谱遥感的基本概念
z光谱分辨率高(λ×10-2)
特 点
z波段多⎯数十到数百 z谱⎯像合一的特点 z信息量大，一次数据获取达千兆(GB)级
z数据速率高，数十⎯数百兆比特/秒
高光谱遥感
• 高光谱遥感的基本概念 • 高光谱遥感器及平台简介 • 高光谱遥感技术 • 高光谱应用概况
高光谱遥感的基本概念
• 高光谱分辨率（简称为高光谱）遥感或成像光 谱遥感技术的发展是过去二十年中人类在对地 观测方面所取得的重大技术突破之一，是当前 遥感的前沿技术。它是指利用很多很窄的电磁 波波段获取许多非常窄且光谱连续的图像数据 的技术，融合了成像技术和光谱技术，准实时 地获取研究对象的影像和每个像元的光谱分布。
16(8,1)
1.1-2.0um 60nm
32(32,1) 2.0-2.5um 15nm
8(8,1)
3.0-5.0um 250nm
8(8,1)
8.0-12.5um 500nm
IFOV 3.0,1.5mrad
FOV > 70 degree
光谱仪 光学通道 光路形式
色散元件 会聚单元 空间布局
SWIR-I