二、高光谱遥感成像机理与成像光谱仪
高光谱遥感
• 中国：MAIS、PHI、OMIS-1（10个热波段）、 中国： 个热波段）、 、 、 （ 个热波段 CMODIS（神舟III号） 、Env-DD（环境灾害小卫星） （神舟 号 （环境灾害小卫星）
三、高光谱遥感技术优势与局限性
优势 1：充分利用地物波谱信息资源 ：
图 不同波谱分辨率对水铝反射光谱曲线
优势 2： 利用波形 精细光谱特征进行分类与识别地物 ： 利用波形/精细光谱特征进行分类与识别地物
Al-OH
Paragonite
Muscovite
Phengite
三种类型的白云母精细光谱特征
岩石的光谱发射率特征
航空高光谱遥感飞行设计图
（2）光谱特征参数定量分析技术 ）
不同水分含量的叶片的光谱反射率
RWC(%)=24.5+7.13*面积 (R2=0.845)
（3）光谱匹配技术（二值编码） ）光谱匹配技术（二值编码） • 岩矿光谱分类与识别
岩石和矿物
2.15-2.31微米 粘 土 矿 2.24-2.31微米 Mg-OH 对称性>1 滑石 2.15-2.19微米 叶蜡石 2.31-2.35微米 碳 酸 盐
优势 3： 利用图 谱实现自动识别地物并制图 ： 利用图-谱实现自动识别地物并制图
局限1：海量数据的传输、 局限 ：海量数据的传输、处理与存储 128波段的 波段的OMIS: 采集数据速率 采集数据速率60Mb/s；400Mb/km2 波段的 ；
高光谱遥感信息的图像立方体表达形式是一种新 高光谱遥感信息的图像立方体 表达形式是一种新 型的数据存储格式， 型的数据存储格式，其正面图像是由沿飞行方向的扫 描线合沿扫描方向的像元点组成的一景优选的三波段 合成的二维空间彩色影像； 合成的二维空间彩色影像；其后面依次为各单波段的 图象叠合，其数据量为所有波段图像的总和； 图象叠合，其数据量为所有波段图像的总和；位于图 像立方体边缘的信息表达了各单波段图像最边缘各像 元的地物辐射亮度的编码值或视反射率。 元的地物辐射亮度的编码值或视反射率。
高光谱成像技术原理与应用
高光谱成像技术原理与应用高光谱成像技术是一种通过采集物体在一定的波长范围内的光谱信息，并将其映射到空间位置上的远程成像方法。
它可以提供更多的光谱细节，使人们能够更全面地了解被观测物体的特性和变化。
以下将详细介绍高光谱成像技术的原理和应用。
1.光学系统：光学系统用于采集物体反射或辐射出来的光，并将其传递到光谱分析系统。
光学系统通常包括光学镜头和滤光片。
光学镜头用于收集和聚焦光线，滤光片能够选择性地通过一些波长的光线，而阻挡其他波长的光线。
2.光谱分析系统：光谱分析系统用于将采集到的光线分解为不同波长的光谱，并使用传感器记录每个波长的光强。
常用的光谱分析系统包括光栅、干涉仪、滤光光谱仪等。
3.数据处理系统：数据处理系统用于处理和分析采集到的光谱数据。
在处理过程中，常见的方法有去噪、波形拟合、光谱匹配等。
数据处理系统可以提取物体的光谱特征，并将其映射到空间位置上，形成高光谱图像。
1.农业：高光谱成像技术可以用于农作物的病虫害监测和施肥管理。
通过对不同波长光谱的分析，可以区分出不同的农作物病虫害，及时采取控制措施。
同时，高光谱成像技术还可以检测作物的营养需求，提供更精确的施肥指南。
2.环境监测：高光谱成像技术可以用于水体污染和土壤质量监测。
通过分析水体和土壤反射光谱，可以评估其污染程度和质量状况。
这种非接触式的监测方法可以更快速和准确地获取环境信息。
3.医学：高光谱成像技术在医学诊断和治疗中有重要应用。
例如，在癌症的早期检测中，高光谱成像技术可以通过观察组织的光谱特征，识别出潜在的癌变，对病人进行早期治疗。
4.遥感：高光谱成像技术在遥感领域也有广泛的应用。
它可以获取地表的光谱信息，用于土地分类、植被覆盖和水资源管理等方面。
通过高光谱成像技术，可以更准确地获取地表信息，并对环境变化进行监测。
综上所述，高光谱成像技术通过采集物体的光谱信息，并将其映射到空间位置上，可以提供更全面和准确的物体特征和变化信息。
它在农业、环境监测、医学和遥感等领域都有重要的应用，对于提高生产效率、保护环境和改善人类生活质量具有重要意义。
高光谱遥感
多光谱遥感：国际遥感界的共识是光谱分辨率在λ /10数量级范围 的称为多光谱(Multispectral)，这样的遥感器在可见光和近红外 光谱区只有几个波段，如美国 LandsatMSS，TM，法国的SPOT等。 高光谱遥感：光谱分辨率在λ /100的遥感信息称之为高光谱遥感 (HyPerspectral)。它是在电磁波谱的可见光，近红外，中红外和 热红外波段范围内，获取许多非常窄的光谱连续的影像数据的技术。 其成像光谱仪可以收集到上百个非常窄的光谱波段信息。高光谱遥 感是当前遥感技术的前沿领域,它利用很多很窄的电磁波波段从感 兴趣的物体获得有关数据，它包含了丰富的空间、辐射和光谱三重 信息。高光谱遥感使本来在宽波段遥感中不可探测的物质,在高光 谱遥感中能被探测。 超高光谱遥感：而随着遥感光谱分辨率的进一步提高，在达到 λ /1000时，遥感即进入超高光谱(ultraspeetral)阶段。
土壤属性高光谱反演
土壤盐分
在土壤反射光谱中的特征光谱，从而对土壤营养状况和
土壤侵蚀状况做进一步检测与评价。有图可知，总氮在 0.55-0.60μm之间和0.80-0.85μm之间有较明显的反射峰 ，在1.4μm周围有较显著的吸收谷。
土壤水分
当土壤的含水率增加时，土壤的反射率下降，在水的吸
Hyperion/EO-1
Hyperion 传感器搭载于 EO-1 卫星平台，EO-1(Earth
Observing-1)是美国NASA 面向 21 世纪为接替 LandSat-7 而 研制的新型地球观测卫星，于 2000 年 11月发射升空，其卫 星轨道参数与 LandSat-7 卫星的轨道参数接近，之所以设计 相同轨道，目的是为了使 EO-1 和 LandSat-7 两颗星的图像 每天至少有 1~4 景重叠，以便进行比对。 传统的陆地资源卫星只提供为数不多的七个多光谱波段，远 远不能满足各种实际应用的需要，因此美国地质调查局 （USGS）与美国宇航局（NASA）合作发射了 EO-1 卫星， 并在该卫星上搭载了三种传感器分别是 ALI (the Advanced Land Imager), Hyperion, LEISA （the Linear Etalon Imaging Spectrometer Array）Atmospheric Corrector
高光谱遥感成像系统
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近年来，有代表性旳新产品
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热红外成像光谱仪
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几种常见旳航空高光谱成像仪
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2）航天成像光谱仪
在经过航空试验和成功运营应用之后，90年代末期终于迎来了高 光谱遥感旳航天发展。1999年美国地球观察计划（EOS）旳Terra 综合平台上旳中辨别率成像光谱仪（MODIS），欧洲环境卫星 （ENVISAT）上旳MERIS，以及欧洲旳CHRIS卫星相继升空，宣 告了航天高光谱时代旳来临。
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美国对航天成像光谱技术旳研究一直遥遥领先 ，但是发展之路也并非一
帆风顺，全球第一种星载高光谱成像器于1997 年在NASA伴随Lewis卫星
发射升空，它包括了384个波段涵盖了4002500nm波段，不幸旳是这颗
卫星控制出现问题，失去了动力，升空一种月 后就偏离了轨道。2023年
旳Orbview-4卫星发射失败，但是经过数年旳
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80年代早期高光谱航天成像光谱仪
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AVIRIS
航空可见光/红外成像光谱仪AVIRIS。 80年代后期，美国喷气推动研究室（JPL） 制成机载可见红外成像光谱仪（AVIRIS） 旳完整样机。该成像光谱仪可在0.4μm～ 2.45μm旳波长范围获取224个连续旳光谱 波段图像。波段宽度10nm。当飞机在20km 高空飞行 时，图像地面辨别率可达20m。
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四.光谱成像旳方式
完毕成像方式是一种集探测技术，精密光学机械，薄弱信 号探测，计算机技术及信息处理技术等为一体旳综合性技 术。其中硬件技术旳成熟会不断推动成像光谱技术旳提升， 所以有必要对于成像光谱旳硬件技术进行了解。
高光谱遥感旳成像涉及空间维成像和光谱维成像。
高光谱成像光谱仪按照工作原理及分类
高光谱成像光谱仪按照工作原理可分为两种基本类型。
一种是线阵列光学机械式扫描。
这种线阵列成像光谱仪将产生200多个连续窄光谱段。
这种扫描式的高光谱成像光谱仪主要用于航空遥感探测，因为飞机的飞行速度较慢，有利于提高空间分辨率。
如航空可见光/红外成像光谱仪(AVIRIS)可见光/近红外有224个波段，光谱范围从0.38μm~2.5nm，波段宽度很窄，仅为10nm。
中国科学院上海技术物理研究所研制的机载成像光谱仪也是这种类型的。
另一种是面阵列推帚式成像光谱仪。
它利用线阵列探测器进行推帚式扫描，形成二维面阵列，一维是线阵列，另一维作光谱仪。
图像一行一行地记录数据，不再移动元件，有多少个波段就有多少个探测元件。
如加拿大的小型机载成像光谱仪(CASI) 和我国的推帚式成像光谱仪
(PHI)就属于这种类型。
高光谱遥感080705(2)
2. 高光谱遥感成像技术——光谱成像
色散型成像光谱仪
光谱图像立方体
λ
前置光学 干涉型成像光谱仪 前置光学 干涉成像 光电转换 分色成像 光电转换
ΔL
干涉图像立方体
FFT
光谱图像立方体
2. 高光谱遥感成像技术——光谱成像 （1）棱镜、光栅色散型成像光谱仪
Grating spectrometer
衍射光栅
飞机最高飞行地速要求：
V
≤ 像元分辨率 × 遥感器行扫描速率
1. 引言
（8）信噪比 (SNR): 信噪比是遥感器采集到的信号和噪声的比,信噪比和图像的空间分 辨率、光谱分辨率是相互制约的 。
Vs D02ωτ aτ 0 Dλ = X T ΔT VN 4 AD Δf
D0为成像仪光学系统的有 效口径，
2. 高光谱遥感成像技术——空间成像 摆扫型成像光谱仪的优点：
（1） FOV大； （2） 像元配准好； （3） 探测元件定标方便，数据稳定性好； （4） 进入物镜后再分光，光谱波段范围可以 做得很宽。
摆扫型成像光谱仪的不足之处：
像元凝视时间短，提高光谱和空间分辨率以及 信噪比相对困难。
2. 高光谱遥感成像技术——空间成像 （2）推扫型成像光谱仪（Pushbroom） 推扫型成像光谱仪采用一个面阵探测器，其垂直于运动方向在飞 行平台向前运动中完成二维空间扫描；平行于平台运动方向，通 过光栅和棱镜分光，完成光谱维扫描。
GR=2×tg(IFOV/2) ×altitude
r
α
L
L α = rad r
1. 引言 2.1 基本概念
（5）空间分辨率(Spatial Resolution):
1 IFOV = rad = 1mrad 1000
高光谱遥感第二章ppt课件
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
我校现有设备 Headwall
- 成像光谱仪的光谱与辐射定标技术
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
- 成像光谱信息处理技术
海量数据非失真压缩技术 高速化处理技术 辐射量的定量化和归一性 图像特征提取及三维谱像数据的可视化
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
5 成像光谱仪的空间成像方式 高光谱遥感成像包括空间维成像和光谱维成
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
1 基本概念
光谱学 成像技术
成像 光谱学
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
(1) 光谱分辨率 —指探测器在波长方向上的记录宽度，又称为
波段宽度。
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
(2) 空间分辨率—对于成像光谱仪，其空间分辨率 是由仪器的角分辨力，即仪器的瞬时视场角 （IFOV）决定的。
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
- 二元光学元件成像光谱技术
二元光学元件沿轴向色散，利用面阵CCD 探测器沿光轴方向对所需波段的成像范围进行 扫描，每一位置对应相应波长的成像区。
- 三维成像光谱技术
三维成像光谱仪是在光栅色散型成像光谱 仪的基础上改进而来的，其核心是一个像分割 器，将二维图像分割转换为长带状图像。
(3）仪器的视场角（FOV）—指仪器的扫描镜在空中 扫过的角度。
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
成像高光谱
成像高光谱
高光谱成像是一种先进的遥感技术，可以获取目标物体在不同波段上的光谱信息，从而获取更丰富、更详细的地表特征。
它在农业、环境、地质等领域有着广泛的应用。
本文将从原理、应用和发展趋势三个方面介绍高光谱成像技术。
一、原理：
高光谱成像原理基于光谱学的基础，即物体表面反射或发射出的电磁波在不同波长下具有不同的特性。
高光谱相机能够捕捉大量连续的窄波段影像数据。
通过对这些数据进行处理和分析，可以获取地表物体在不同波段的光谱信息。
二、应用：
高光谱成像技术在农业领域有着重要的应用价值。
通过获取植物在不同波段的反射光谱信息，可以评估植被的生长状态、营养状况和病虫害情况，从而帮助农民制定精细化的农业管理措施。
在环境监测领域，高光谱成像技术可以用于水质监测、土壤污染检测等。
通过分析不同波段上的光谱信息，可以判断水体或土壤中存在的污染物质种
类和浓度。
在地质勘探领域，高光谱成像技术可以用于矿产资源勘探和地质灾害预测。
通过对地表反射光谱进行分析，可以发现地下矿藏的潜在位置和地质构造的分布情况。
此外，高光谱成像技术还可以应用于城市规划、遥感地图制作等领域。
三、发展趋势：
随着科技的不断进步，高光谱成像技术也在不断发展。
未来高光谱成像技术的趋势主要包括以下几个方面：
1.高光谱成像技术的分辨率将进一步提高，可以获取更为细致的光谱信息。
2.结合。
高光谱成像原理
高光谱成像原理高光谱成像是一种通过获取物体在可见光和近红外光谱范围内的光谱信息来获取物体特征和识别目标的技术。
它利用物体在不同波长下的光谱特性来进行分析，可以广泛应用于农业、环境监测、地质勘探、医学诊断等领域。
本文将介绍高光谱成像的原理及其在不同领域的应用。
高光谱成像的原理是利用物体在不同波长下的反射、吸收和透射特性来获取其光谱信息。
在高光谱成像系统中，通过使用具有高光谱分辨率的传感器和光谱仪，可以获取物体在连续波长范围内的光谱数据。
这些数据可以用来分析物体的化学成分、表面特性以及其他相关信息。
通过对光谱数据的处理和分析，可以实现对目标的识别、分类和定量分析。
在农业领域，高光谱成像技术可以用于作物生长监测、病虫害识别、土壤养分测定等方面。
通过获取作物在不同波长下的光谱信息，可以实现对作物生长状态的实时监测和分析，及时发现病虫害和营养不良等问题。
这有助于农民制定科学的管理策略，提高农作物的产量和质量。
在环境监测领域，高光谱成像技术可以用于大气污染监测、水质检测、植被覆盖监测等方面。
通过获取地表和水体在不同波长下的光谱信息，可以实现对环境污染和生态变化的监测和评估。
这有助于政府和环保部门制定有效的环境保护政策，保护生态环境，改善人民生活质量。
在地质勘探领域，高光谱成像技术可以用于矿产资源勘探、地质灾害监测等方面。
通过获取地表和地下在不同波长下的光谱信息，可以实现对矿产资源和地质灾害的识别和评估。
这有助于提高矿产资源的开采效率，减少地质灾害对人类社会的影响。
在医学诊断领域，高光谱成像技术可以用于肿瘤检测、疾病诊断等方面。
通过获取人体组织在不同波长下的光谱信息，可以实现对肿瘤和疾病的早期诊断和定量分析。
这有助于提高医学诊断的准确性和精度，为患者提供更好的治疗方案。
综上所述，高光谱成像技术具有广泛的应用前景，在农业、环境监测、地质勘探、医学诊断等领域都有重要的作用。
随着技术的不断进步和发展，相信高光谱成像技术将会为人类社会的发展和进步带来更多的福祉。
高光谱成像原理
高光谱成像原理高光谱成像是一种通过获取物体表面上每个像素点的光谱信息来实现对物体进行成像的技术。
它可以在可见光、红外和紫外等不同波段下获取物体的光谱信息，从而实现对物体的材质、组成和结构等特征进行精确分析和识别。
高光谱成像技术在农业、环境监测、医学诊断、地质勘探等领域具有广泛的应用前景。
高光谱成像的原理主要包括光谱获取、数据处理和图像重建三个方面。
首先，利用高光谱相机或高光谱仪器对目标进行成像，获取每个像素点的光谱数据。
其次，对获取的光谱数据进行预处理、特征提取和数据降维等处理，以便于后续的分析和应用。
最后，利用图像重建算法将处理后的光谱数据转换为可视化的高光谱图像，实现对目标的成像和分析。
在高光谱成像技术中，光谱获取是关键的一步。
通过使用高光谱相机或高光谱仪器，可以实现对目标在不同波段下的光谱信息获取。
这些光谱数据包含了物体在不同波长下的反射率或发射率等信息，可以用于分析物体的组成、结构和特征等。
同时，高光谱成像技术还可以实现对目标的高精度定量分析，例如对农作物的生长状态、土壤的质地特征、环境中的污染物等进行精准监测和识别。
数据处理是高光谱成像中至关重要的一环。
通过对获取的光谱数据进行预处理、特征提取和数据降维等处理，可以提取出目标的有效信息，去除噪声和干扰，从而为后续的分析和应用提供可靠的数据基础。
同时，数据处理还可以实现对大规模高光谱数据的快速处理和分析，为实时监测和应用提供支持。
图像重建是高光谱成像的最终目标。
通过利用图像重建算法，可以将处理后的光谱数据转换为可视化的高光谱图像，实现对目标的成像和分析。
这些高光谱图像可以直观地展现物体在不同波段下的特征和信息，为用户提供直观、全面的数据展示和分析结果。
总的来说，高光谱成像技术通过获取物体表面上每个像素点的光谱信息，实现了对物体的精确成像和特征分析。
在农业、环境监测、医学诊断、地质勘探等领域，高光谱成像技术都具有重要的应用价值。
随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展，相信高光谱成像技术将会发挥出更大的作用，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
成像光谱技术
成像光谱技术原理与应用1.概述成像光谱技术（Imaging Spectroscopy）是一种结合了光学成像和光谱分析的高级遥感技术。
它利用光学成像仪器和光谱仪器，可以在每个像素点上获取连续的光谱信息，从而实现高光谱分辨率和空间分辨率的数据获取。
2.技术原理成像光谱技术的原理是通过将入射光分散成不同波长的光谱，并在每个波长上进行成像。
这一过程通常通过使用光栅、多晶棱镜或迷宫棱镜等光学元件来实现。
成像光谱仪器中的探测器可以记录每个像素点上的光谱信息，从而构建出完整的光谱数据。
3.数据获取与处理成像光谱技术的数据获取主要涉及成像仪器的选择和操作流程。
选择合适的成像光谱仪器可以根据需求确定光谱范围和光谱分辨率。
在数据处理方面，常见的处理步骤包括辐射校正、大气校正和光谱重构。
这些处理步骤旨在消除数据中的噪声和误差，使得光谱数据更加准确和可靠。
4.研究领域与应用成像光谱技术在各个领域都具有广泛的研究和应用价值。
以下是一些典型领域的应用案例：●农业与林业：利用成像光谱技术可以实时监测农作物和森林的健康状况。
通过分析作物或植被的光谱特征，可以进行病害检测、营养评估和水分监测等。
●环境与气候：成像光谱技术可以用于监测水体质量、土壤污染、大气组成和空气质量等环境因素。
通过分析光谱数据，可以评估环境的健康状况和变化趋势。
●地质勘探：成像光谱技术在地质勘探中发挥重要作用。
它可以用于矿产资源勘探，如检测地下矿产的分布和含量。
此外，成像光谱技术还可用于研究地质构造、地表变化和土地利用。
●城市规划与建筑：成像光谱技术可以帮助城市规划和建筑评估。
通过分析城市绿化覆盖、土地利用和建筑材料的光谱特征，可以提供科学依据和决策支持。
5.应用案例表格关于成像光谱技术的详细介绍，包括技术原理、数据获取与处理以及各个领域的研究和应用。
通过配合应用案例表格，读者可以更加清楚地了解成像光谱技术在不同领域中的具体应用情况。
请注意，表格中提供的应用案例只是示例，实际应用情况和案例会更加丰富和多样。
高光谱遥感技术的原理与应用
高光谱遥感技术的原理与应用近年来，随着科学技术的不断发展，高光谱遥感技术在地球科学、环境监测、农业等领域的应用逐渐得到了广泛的关注。
高光谱遥感技术通过获取物体在可见光及近红外波段的反射、辐射或散射光谱信息，对地球表面进行非接触式的遥感观测。
本文将围绕高光谱遥感技术的原理和应用展开论述。
一、高光谱遥感技术的原理1. 光谱分辨率高光谱遥感技术利用传感器获取地物反射光谱，其分辨率是对光谱信息进行观测和采集的能力。
传统的遥感技术多采用较低的光谱分辨率，只能获取几种光谱波段的信息。
而高光谱遥感技术则采用更高的光谱分辨率，可以获取数十到上百个连续的光谱波段信息。
通过这些连续的光谱数据，可以对地物的光谱特征进行更加精细的分析和识别。
2. 光谱特征提取高光谱遥感技术利用物体在不同频谱波段上的反射光谱特征，对地物进行识别和分类。
不同的物体或地物在光谱上会产生不同的反射率曲线，形成独特的光谱特征。
通过对这些光谱特征进行提取和分析，可以识别地物的种类、分布和状态等信息。
例如，通过高光谱遥感技术可以区分不同类型的植被，检测到植被的健康状况和生长状态。
3. 光谱图像处理高光谱遥感技术获取的数据是大量的光谱图像，需要进行图像处理和分析。
常见的光谱图像处理方法包括光谱反射率校正、光谱特征提取、光谱曲线匹配等。
光谱反射率校正是指根据大气光学模型，对光谱数据进行大气校正，消除大气散射和吸收对光谱数据的影响。
光谱特征提取是指通过算法和模型，从光谱数据中提取出地物的光谱特征，用于地物的分类和识别。
光谱曲线匹配是指将高光谱数据与已知的光谱库进行比对，进一步确定地物类型。
二、高光谱遥感技术的应用1. 地质勘探高光谱遥感技术可以通过对地壳中不同矿物质的光谱特征进行分析，实现矿产资源的勘探和识别。
不同的矿物质在光谱分布上有独特的特征峰值，通过对这些特征进行提取和分析，可以确定地下的矿产类型和储量。
同时，高光谱遥感技术还可以监测地质灾害，如岩层滑坡、地震活动等，为地质灾害防治提供重要的科学依据。
二、高光谱遥感成像机理与成像光谱仪
CCD SPECTRUM
Δ L : 光程差 [mm]
WAVELENGTH [nm]
29
干
涉
仪
2.6 成像光谱仪的光谱成像方式
（2）干涉型成像光谱仪(Fourier Imaging Interferometer)
M 1 '
迈 克 尔
G1
M 2 G2
M 1
相干辐射在探测器上产生的光强Ι(δ)为：
2.4 高光谱遥感成像关键技术
遥感器的光谱响应与下列因素有关: （1）能量流(Energy Flux),指从地面反射或辐射进入探测器的能量总和。 （2）平台高度，对于给定的地面分辨单元来说，进入仪器的能量与平台高 度成反比。 （3）光谱分辨率，光谱通道越宽，即光谱分辨率越低，探测器接收的信号 越强。 （4）瞬时视场角（IFOV），探测器元件（Element）的物理尺寸和扫描光 学系统的焦距决定了IFOV，而IFOV越小，其光谱响应也越弱。 （5）探测器凝视时间（Dwell Time），探测器的瞬时视场角扫过地面分辨 单元的时间称为凝视时间，其大小为行扫描时间与每行像元数的比值。凝 视时间越长，进入探测器的能量越多，光谱响应也就越强。 21
2.2 高光谱遥感成像特点
成像光谱仪：
与地面光谱辐射计相比，成
像光谱仪不是在“点”上的光谱测
量，而是在连续空间上进行光谱
测量，因此它是光谱成像的；
与传统多光谱遥感相比，其
高光谱成像技术的原理-概述说明以及解释
高光谱成像技术的原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述是引言部分的一部分，它旨在向读者介绍高光谱成像技术的基本概念和背景。
高光谱成像技术是一种基于光谱分析的图像获取方法，可以获取物体在不同波长下的光谱信息，从而实现对物体的精细分析和识别。
该技术结合了光谱学、光学和图像处理等多学科的知识，广泛应用于农业、环境保护、地质勘探、医学等领域。
传统的成像方法一般只能获取物体的灰度或彩色图像，而高光谱成像技术能够获取物体在数百个或数千个连续波长范围内的光谱数据，使得物体的细微差别能够被有效检测和分析。
通过对不同波长下的光谱反射率进行分析，可以获得物体的光谱特征，比如吸收峰、反射特性等，从而可以实现对物体的材质、组织、化学成分等进行定量和定性分析。
高光谱成像技术的应用非常广泛。
在农业领域，可以通过对农作物的高光谱图像进行分析，实现对农作物的健康状况、营养状况和水分状况的监测和管理。
在环境保护领域，可以通过对水体、土地和大气环境等进行高光谱成像，实现对环境质量的监测和评估。
在地质勘探领域，可以利用高光谱成像技术进行矿产勘查和地质灾害监测。
在医学领域，可以通过高光谱成像技术实现对皮肤病变、肿瘤和血液疾病等进行快速诊断和监测。
然而，高光谱成像技术也存在一些局限性。
首先，高光谱成像技术需要大量的光谱数据和复杂的图像处理算法，对硬件设备和计算资源的要求较高。
其次，高光谱成像技术对环境的光照条件和物体的表面特性比较敏感，可能受到光照不均匀和表面反射率变化等因素的影响。
此外，高光谱成像技术在实际应用中仍面临一些挑战，如传感器的成本和体积、采集速度的限制等。
尽管高光谱成像技术存在一些挑战和限制，但随着科学技术的不断进步，相信在未来的发展中，高光谱成像技术将更加成熟和普及，为各个领域提供更多的应用和发展机会。
文章结构部分的内容应该包括文章的主要章节和内容安排。
这部分通常介绍整篇文章的组织架构，让读者能够清楚地了解整篇文章的内容和结构。
高光谱遥感
EO-1
Landsat-7
1
mi
n
29 min
Terra
表 Hyperion主要技术参数
中国的环境与减灾1号卫星高光谱成像仪
• 高光谱遥感信息成像机理
➢ 高光谱遥感器接收到入瞳辐射后通过探测器产生电信号，在经过增益和模数转 换（A/D）产生遥感影像数值（DN）。遥感器的空间响应、光谱响应和辐射响应决 定了输出图像的信息特征。进入传感器的辐射量通过光学系统后，由分光器件分成 不同的光谱段后到达探测器焦平面转换为测量值。该测量值的大小直接与探测器的 光谱响应率相关，从而又与光学系统的透过率和探测器的光谱灵敏度相关联。
三、高光谱遥感器的发展
❖ 70年代末，美国加州理工学院喷气推进实验室（JPL）
学者提出。
❖ 1983年，世界上第一台成像光谱仪问世，AIS-1
（Airborne Imaging Spectrometer）问世，64波段。
❖ 1987年，航空可见光/红外成像光谱仪AVIRIS，224波段 ❖ 2000年第一台星载高分辨率成像光谱仪 HYPERION升空。 ❖ 1991年，中国第一台航空成像光谱仪（MAIS）运行
➢ 第一代成像光谱仪称航空成像光谱仪AIS(Airborne
Imaging Spectrometer)，64个通道，光谱覆盖范围从990nm-2400nm, 光谱分辨率9.3nm。
➢ 第二代成像光谱仪称航空可见光、近红外成像光谱仪
AVIRIS(Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer)，224个通道， 光谱范围410nm-2450nm，光谱分辨率10nm。
❖多光谱遥感（Multirspectral Remote Sensing），光谱分 辨率为波长 的1/10数量级范围（几十个至几百个nm）；
高光谱成像原理
高光谱成像原理解析
高光谱成像是一种将多个连续的、窄而密集的光谱频带分辨地捕捉和记录下来的技术。
它综合了光谱学和成像技术，可以提供丰富的光谱信息和空间分辨能力。
高光谱成像的原理主要包括以下几个步骤：
1.光源发出的宽谱线光经过一系列光学元件（例如透镜、分光棱镜等），形成带有多个离散光谱频带的光束。
2.光束进入高光谱成像仪器中的探测单元，探测单元可以是线阵或区域型。
3.探测单元将不同频带的光谱信号转化为电信号，并通过数据采集系统进行处理和记录。
4.得到的数据被存储下来，可以通过数学处理和分析来提取关键的光谱信息和图像特征。
5.最后，得到的高光谱图像可以用于物体的识别、分类、模式识别、目标探测等应用。
高光谱成像的优点在于能够提供比常规彩色成像更丰富和细致的信息，可以实现对物体材料的精确定性和定量分析。
它在农业、环境、地质勘探、医学影像、遥感等领域具有广泛的应用潜力。
高光谱遥感的应用及原理
高光谱遥感的应用及原理引言高光谱遥感是一种非常重要的遥感技术，它可以获取地球表面广泛频谱分辨率的遥感图像。
它的应用范围非常广泛，涉及到农业、环境保护、地质勘察等领域。
本文将介绍高光谱遥感的应用以及其原理。
高光谱遥感的应用高光谱遥感技术在许多领域都有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：农业•作物监测：通过高光谱遥感图像可以对农作物进行快速监测和评估，帮助农民掌握作物的生长状况和健康状况，从而采取相应的措施。
•土壤分析：高光谱遥感图像可以获取土壤的光谱特征，从而帮助农民了解土壤的质地、湿度等参数，为农作物的种植提供参考。
•病虫害监测：高光谱遥感可以检测农作物上的病虫害，帮助农民及时采取控制措施，减少损失。
环境保护•水质监测：高光谱遥感可以通过检测水体的光谱特征来评估水质的好坏，监测污染源，为环境保护部门提供有效的数据支持。
•植被监测：高光谱遥感可以检测植被的健康状况和类型，对植被的分布、变化进行及时监测。
这对于森林资源管理和生态环境保护非常重要。
地质勘察•矿产资源调查：高光谱遥感可以通过检测地表岩矿的光谱特征来定量和定性分析地质信息，为矿产资源的勘察提供重要的数据支持。
•地形测量：高光谱遥感可以获取地表的高程和形态特征，可以用于地形测量、地形分析和地质灾害评估等方面。
•矿山环境监测：高光谱遥感可以监测矿山的环境变化，帮助矿产公司进行环境保护和可持续发展。
高光谱遥感的原理高光谱遥感是利用地表物体对不同波段的光谱反射或辐射进行测量，然后利用这种反射或辐射的光谱信息来提取地表物体的特征和参数。
其原理可以简单描述如下：1.光谱测量：高光谱遥感使用一台高光谱遥感仪器，能够同时获取多个波段的光谱数据。
这些波段的范围通常覆盖了整个可见光和近红外光谱区域。
2.光谱分析：通过对获取的光谱数据进行分析，可以得到地表物体在不同波段上的反射或辐射信息。
这些信息可以反映地表物体的不同特征，如植被的健康状况、土壤的含水量等。
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光谱学
Spectroscopy
成像光谱学
Imaging spectrometry
成像技术
Imaging technology
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2.1 基本概念
（1）光谱响应函数（Spectral Response）：
L接收 = ∫
λ max
λ min
L入射(λ ) f (λ )dλ
MODIS,CBERS,TM前4个波段光谱响应函数比较
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2.4 高光谱遥感成像关键技术
（2）光学分光技术 光栅分光光谱仪；傅里叶变换光谱仪、渐变滤光片光 谱仪、旋转滤光片轮光谱仪和声光调制器光谱仪等。 （3）高速数据采集、传输、记录和实时无损数据压缩技术 （4）成像光谱仪光谱与辐射定标技术
（5）成像光谱信息处理技术
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2.5 成像光谱仪的空间成像方式
25
2.5 成像光谱仪的空间成像方式
推扫型成像光谱仪的优点：
（1）像元凝视时间大大增加，有利于提高系统的空 间分辨率和光谱分辨率； （2）没有光机扫描机构，仪器的体积小。
推扫型成像光谱仪的不足:
（1）FOV增大困难； （2）面阵CCD器件标定困难； （3）大面阵的短波和红外探测器研制仍是一个技术 难点。
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2.2 高光谱遥感成像特点
高光谱遥感的突出特点： （2）图谱合一
空间信息 （成像仪）
成像光谱仪 成像光谱 成像光谱 辐射计 辐射计
成像辐射计
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
光谱信息 （光谱仪）
光谱辐射计
辐射信息 （辐射计）
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2.2 高光谱遥感成像特点
高光谱遥感的突出特点： （3）光谱通道多，在某一光谱段范围内连续成像
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2.3 高光谱遥感图像数据表达
（1）光谱图像立方体
Y轴 Z轴
X轴
空间平面：O-XY平面 线光谱平面：O-XZ，O-YZ平面
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2.3 高光谱遥感图像数据表达
（2）二维光谱曲线
（3）三维光谱曲面
x/y切线 18
2.4 高光谱遥感成像关键技术
（1）探测器焦平面技术
光电探测器（CCD）类型：线阵探测器和面阵探测器 可见光－近红外波段探测器：Si 近红外波段探测器： InGaAs（砷镓铟） 短波红外波段探测器：InSb(锑化铟)，PbS（硫化铅） 中红外波段探测器： InSb(锑化铟) 热红外波段探测器：HgCdTe（碲铬汞） InSb需要制冷到77K环境温度， HgCdTe需要制冷到120K环境温度。
GR=2×tg(IFOV/2) ×altitude
r
α
L
L α = rad r
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2.1 基本概念 2.1 基本概念
（7）空间分辨率(Spatial Resolution):
1 IFOV = rad = 1mrad 1000
角分辨力＝1mrad
距离1米，5线对/厘米 （line-pairs ·cm-1）
混合焦平面焊接技术
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2.4 高光谱遥感成像关键技术
遥感器的光谱响应与下列因素有关: （1）能量流(Energy Flux),指从地面反射或辐射进入探测器的能量总和。 （2）平台高度，对于给定的地面分辨单元来说，进入仪器的能量与平台高 度成反比。 （3）光谱分辨率，光谱通道越宽，即光谱分辨率越低，探测器接收的信号 越强。 （4）瞬时视场角（IFOV），探测器元件（Element）的物理尺寸和扫描光 学系统的焦距决定了IFOV，而IFOV越小，其光谱响应也越弱。 （5）探测器凝视时间（Dwell Time），探测器的瞬时视场角扫过地面分辨 单元的时间称为凝视时间，其大小为行扫描时间与每行像元数的比值。凝 视时间越长，进入探测器的能量越多，光谱响应也就越强。
Δν = 1
V=1/λ cm-1 (ν) 20000 10000 1000
λ
−
1 λ + Δλ
Δλ =
1
λ
1
− Δν
− λ
Δλ = Δν × λ2
当Δv=100时， Δλ400nm =1/(1/400-100×10-7)-400≈1.6nm Δλ800nm =1/(1/800-100×10-7)-800≈6.5nm Δλ2000nm=1/(1/2000-100×10-7)-2000≈41nm
1 2010
2.1 基本概念
遥感成像技术的发展一直伴随着两方面的进步: 一是通过减小遥感器的瞬时视场角（Instantaneous Field Of View, IFOV）而提高遥感图像的空间分辨率(Spatial Resolution)； 二是通过增加波段数量和减小每个波段的带宽，来提高遥感图像的光谱 分辨率（Spectral Resolution）。
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2.4 高光谱遥感成像关键技术
（1）探测器焦平面技术
Silicon
CCD Multiplexer Indium solder bumps（铟） Detector array
Transparent electrode Photons (hν)
Hybrid-focal-plane bonding techniques
（1）摆扫型成像光谱仪 (Whiskbroom) 摆扫型成像光谱仪由光机左右摆扫和飞行平台向前运动完成二维 空间成像，其线列探测器完成每个瞬时视场像元的光谱维获取。
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2.5 成像光谱仪的空间成像方式
摆扫型成像光谱仪的优点：
（1） FOV大； （2） 像元配准好； （3） 探测元件定标方便，数据稳定性好； （4） 进入物镜后再分光，光谱波段范围可以 做得很宽。
D0为成像仪光学系统的有 效口径，
ω为系统的瞬时视场立体角， τ a为大气的平均透过率， τ 0为光学系统的平均透过 率。
∗ Dλ 探测器的探测率，
噪声来源： 光子噪声（Photon noise） 探测器噪声（Detector noise） 后探测器电子噪声 （Postdetector electronic noise）
光栅
glass prism spectrometer
狭缝
准直镜 成像镜 探测器 28
2.6 成像光谱仪的光谱成像方式
（2）干涉型成像光谱仪(Fourier Imaging Interferometer)
L1
Δ L = L1 - L2
CCD
L2 INTERFEROGRAM INTENSITY SPECTRUM
二、高光谱遥感成像机理与成像光谱仪
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 基本概念 高光谱遥感成像特点 高光谱遥感图像数据表达 高光谱遥感成像关键技术 成像光谱仪的空间成像技术 成像光谱仪的光谱成像技术 成像光谱仪系统介绍
张
兵
中国科学院对地观测与数字地球 科学中心 E-mail: zb@
12
AD 为探测器的光敏面， Δf为系统电子学噪声带宽。
XT 为光谱段积分 ΔT为时间积分
2.1 基本概念 2.1 基本概念
模拟不同信噪比条件下 的高岭石矿物光谱曲线
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2.2 高光谱遥感成像特点
成像光谱仪： 与地面光谱辐射计相比，成 像光谱仪不是在“点”上的光谱测 量，而是在连续空间上进行光谱 测量，因此它是光谱成像的； 与传统多光谱遥感相比，其 光谱通道不是离散而是连续的， 因此从它的每个像元均能提取一 条平滑而完整的光谱曲线。 高光谱遥感的突出特点： （1） 高光谱分辨率
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2.6 成像光谱仪的光谱成像方式
色散型成像光谱仪
光谱图像立方体
λ
前置光学 干涉型成像光谱仪 前置光学 干涉成像 光电转换 分色成像 光电转换
ΔL
干涉图像立方体
FFT
光谱图像立方体
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2.6 成像光谱仪的光谱成像方式
（1）棱镜、光栅色散型成像光谱仪
Grating spectrometer
衍射光栅
f (λ ) ：光谱响应函数
光谱响应
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 350 450 550 650 波长（nm） 750 850 950
MODIS1 MODIS2 MODIS3 MODIS4 CBERS2 CCD1 CBERS2 CCD2 CBERS2 CCD3 CBERS2 CCD4 Landsat5 TM1 Landsat5 TM2 Landsat5 TM3 Landsat5 TM4
10mm
距离r=1000mm
L=1mm
9
2.1 基本概念 2.1 基本概念
（8）遥感器视场角（Angular Field of View，FOV）： FOV＋H >>> 地面扫描幅宽（Ground Swath，GS）。 GS=tan(FOV/2) ×altitude ×2
FOV
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2.1 基本概念 2.1 基本概念
3
2.1 基本概念
（2）光谱分辨率（Spectral Resolution）： 仪器在达到50%光谱响应时在波长方向的宽度（Bandwidth）。
4
2.1 基本概念
（3）探测器凝视时间（Dwell Time） 探测器的瞬时视场角扫过地面分辨单元的时间称为凝视时间。 （4）光谱采样间隔（Spectral Sampling Interval） 相邻波段通道的光谱峰值响应点间的波长间隔。 （5）对比度（Contrast Ratio, CR） CR=Bmax/Bmin , brightness scale: 0 ~ 10
相干辐射在探测器上产生的光强Ι(δ)为：
入射辐射函数B(σ)与干涉图E(δ)之间存在傅 立叶余弦变换关系
最大值光程差δmax决定仪器的光谱分辨率:
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2.6 成像光谱仪的光谱成像方式
(1) 时间调制干涉成像光谱仪（动镜型干涉成像光谱仪）： 对干涉图完成采样需要动镜运动一个完整周期，不适宜快速变 化目标光谱测量。