高光谱应用研究综述

浙江师范大学

研究生课程论文封面

课程名称：遥感理论与技术

开课时间： 2014-2015年第一学期

学院地理与环境科学学院学科专业自然地理学

学号2014210580

姓名张勇

学位类别全日制硕士

任课教师陈梅花

交稿日期2015年1月21日

成绩

评阅日期

评阅教师

签名

浙江师范大学研究生学院制

高光谱遥感应用研究综述

张勇

（浙江师范大学地理环境与科学学院，浙江金华321004）

摘要：高光谱遥感是近二十年发展起来的谱像和一的遥感前沿技术。虽然发展时间不长，但由于其本身的特点，使其获得了广泛的重视和应用。本文阐述了高光谱遥感的特点、优势，以及在航空及航天领域的发展情况，列举了几种典型高光谱成像仪的光学系统原理和主要技术指标。在此基础上，概述了高光谱遥感在植被生态、大气环境、地质矿产、海洋、军事等领域的应用情况。最后对高光谱遥感发展趋势提出了几点建议，包括低反射率目标遥感、高信噪比、高空间分辨率及宽覆盖范围等方面。

关键字：高光谱遥感；应用；成像光谱以；研究综述

Conclusion application of hyperspectral remote sensing

Zhang Yong

(Geography and environmental sciences, Zhejiang Normal University, Jinhua 321004)

Abstract:Hyperspectral remote sensing, developed in the late twenty years, is the advanced technology of remote sensing. Because of its characters, Hyperspectral Remote Sensing has been attached importance to and used widly. The characteristics and advantages of hyperspectral remote sensing, and development situation are presented in the fields of aviation and aerospace. Several typical hyperspectral imager optical system principle and the main technical indicators are particularized. At the same time, the applications with hyperspectral remote sensing in vegetation ecology, atmospheric science ,geology and mineral resources, marine and military fields are summarized. The suggestions for the future development trend of hyperspectral remote sensing are given in the end，including the remote sensing of low reflectivity target, high signal-to-noise ratio, high spatial resolution and wide coverages.

Keywords: hyperspectral remote sensing；application；imaging spectrometer

1 引言

遥感是20世纪60年代发展起来的对地观测综合性技术，是指应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术[1]。经过几十年的发展，无论在遥感平台、遥感传感器、还是遥感信息处理、遥感应用等方面，都获得了飞速的发展，目前遥感正进入一个以高光谱遥感技术、微波遥感技术为主的时代。本文系统地阐述了高光谱遥感技术在分析技术及应用方面的发展概况，并简要介绍了高光谱遥感技术主要航空/卫星数据的参数及特点。

1.1高光谱遥感简介

高光谱遥感技术又称为成像光谱技术，是指利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体

获取有关数据[2]。它是源于多光谱遥感技术，以测谱学为基础在二十世纪八十年代初发展起来的遥感前沿技术。

高光谱遥感的显著特点之一是其所提供的高光谱分辨率。过去的多光谱遥感如TM等只能提供7个100-200 nm分辨率的间断波段信息，高光谱遥感则可提供几十数百个10 nm左右分辨率的连续波段信息，使得高光谱遥感有足够的光谱分辨率对那些具有纳米级诊断光谱特性的地表物体进行区分。谱像和一技术是高光谱遥感的另一显著特点。在对目标地物成像的同时，每一个像素都获得了几十至几百个连续光谱的覆盖，使其图像同时具有空间、辐射和波谱的信息。高光谱遥感的出现使遥感领域发生了巨大的变化，大大加快了遥感技术从定性到定量发展的步伐。

对高光谱遥感技术的应用也获得了更广泛的重视。目前世界上许多国家都在进行成像光谱卫星、高光谱遥感仪器的研究。如美国EOS计划中已发射升空的MODES卫星，0.4-14um 的电磁波谱范围内具有36个光谱通道，EOS-Ⅰ在0.4-2.5um范围内有486个波段;我国也先后研制出了多种成像光谱仪:如在中科院遥感所和上海技物所等单位协助下研制的128个波段的OMIS-Ⅰ、68个波段的OMIS-Ⅱ、71个波段的MAIS , 224个波段的PHI[3]。

1.2高光谱的特点与优势

同其它传统遥感相比，高光谱遥感具有以下特点：

(1)波段多。成像光谱仪在可见光和近红外光谱区内有数十甚至数百个波段。

(2)光谱分辨率高。成像光谱仪采样的间隔小，一般为l0nm左右。精细的光谱分辨率反

映了地物光谱的细微特征。

(3)数据量大。随着波段数的增加，数据量呈指数增加[3]

(4)信息冗余增加。由于相邻波段的相关性高，信息冗余度增加。

(5)可提供空间域信息和光谱域信息，即“图谱合一”，并且由成像光谱仪得到的光谱

曲线可以与地面实测的同类地物光谱曲线相类比。

近二十年来，高光谱遥感技术迅速发展，它集探测器技术、精密光学机械、微弱信号检测、计算机技术、信息处理技术于一体，已成为当前遥感领域的前沿技术。

高光谱遥感的成像光谱仪具有光谱分辨率高(5-10 nm)，光谱范围宽(0. 4 um -2. 5 pm)的显著特点，可以分离成几十甚至数百个很窄的波段来接收信息，所有波段排列在一起能形成一条连续的完整的光谱曲线，光谱的覆盖范围从可见光、近红外到短波红外的全部电磁辐射波谱范围。高光谱数据是一个光谱图像的立方体，其空间图像维描述地表二维空间特征，其光谱维揭示图像每一像元的光谱曲线特征，由此实现了遥感数据图像维与光谱维信息的有机融合[4]。高光谱遥感在光谱分辨率方而的巨大优势，使得空间对地观测时可获取众多连续波段的地物光谱图像，从而达到直接识别地球表而物质的目的。地物光谱维信息量的增加为遥感对地观测、地物识别及地理环境变化监测提供了更充分的光谱信息，使传统的遥感数据目标识别和分析方法发生了本质的变化。根据高光谱遥感仪器光机扫描方式的不同，可将成像光谱仪分为掸扫型、推帚型和凝视型[5]。根据分光方式的不同，光谱成像仪又可分为色散型、干涉型和计算层析型三大类型[6]。

2、高光谱遥感技术发展现状

高光谱遥感技术是集探测器技术、精密光学机械、微弱信号检测、计算机技术、信息处理技术于一体的综合性技术，技术成果主要表现为成像光谱仪研制、高光谱影像分析两方面