高光谱成像光谱扫描成像光谱仪
成像光谱仪特点
成像光谱仪特点
成像光谱仪的主要特点如下：
1、高光谱分辨率：成像光谱仪能够获取地表物体的高光谱分辨率数据，这意味着它能够提供比传统遥感器更详细的地物光谱信息。
这使得成像光谱仪在识别和分析地表物质方面具有更高的精度和灵敏度。
2、多光谱成像：成像光谱仪通常具有多个光谱通道，每个通道覆盖不同的光谱范围。
这使得它能够同时获取地表物体的多个光谱信息，从而提供更全面的地物特征。
3、高空间分辨率：成像光谱仪通常具有较高的空间分辨率，这意味着它能够获取地表物体的详细形状和结构信息。
这使得成像光谱仪在地质调查、环境监测、城市规划等领域具有广泛的应用前景。
4、实时数据处理：成像光谱仪通常配备有实时数据处理系统，能够实时处理和分析获取的光谱数据。
这使得成像光谱仪在实时监测和预警方面具有较高的应用价值。
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。
高光谱成像检测技术.
高光谱成像检测技术、高光谱成像技术的简介高光谱成像技术是近二十年来发展起来的基于非常多窄波段的影像数据技术, 其最突出的应用是遥感探测领域, 并在越来越多的民用领域有着更大的应用前景。
它集中了光学、光电子学、电子学、信息处理、计算机科学等领域的先进传统的二维成像技术和光谱技术有机的结合在一起的一门新兴技术。
技术,是高光谱成像技术的定义是在多光谱成像的基础上,在从紫外到近红外（200-2500nm 的光谱范围内,利用成像光谱仪,在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谱波段对目标物体连续成像。
在获得物体空间特征成像的同时, 也获得了被测物体的光谱信息。
高光谱成像技术具有超多波段（上百个波段、高的光谱分辨率（几个nm 、波段窄（＜1-2入光谱范围广（200-2500nm和图谱合一等特点。
优势在于采集到的图像信息量丰富, 识别度较高和数据描述模型多。
由于物体的反射光谱具有“指纹”效应, 不同物不同谱, 同物一定同谱的原理来分辨不同的物质信息。
、高光谱成像系统的组成和成像原理高光谱成像技术的硬件组成主要包括光源、光谱相机（成像光谱仪+CCD 、装备有图像采集卡的计算机。
光谱范围覆盖了200-400nm 、400-1000nm 、900-1700 nm 、1000-2500nm。
CC D朮源「一光栅壯谱以—aI\、「维电移台.样品ACCD。
光谱相机的主要组成部分有：准直镜、光栅光谱仪、聚焦透镜、面阵高光谱成像仪的扫描过程：面阵CCD探测器在光学焦面的垂直方向上做横向排列完成横向扫描（X方向，横向排列的平行光垂直入射到透射光栅上时，形成光栅光谱。
这是一列像元经过高光谱成像仪在CCD上得到的数据。
它的横向是X方向上的像素点，即扫描的一列像元；它的纵向是各像元所对应的光谱信息。
同时,在检测系统输送带前进的过程中，排列的探测器扫出一条带状轨迹从而完成纵向扫描（丫方向。
1\综合横纵扫描信息就可以得到样品的三维高光谱图像数据。
成像光谱仪及其应用概述
成像光谱仪简介及其应用概述成像光谱仪：将成像技术和光谱技术结合在一起，在探测物体空间特征的同时并对每个空间像元色散形成几十个到上百个波段带宽为10nm左右的连续光谱覆盖。
它以高光谱分辨率获取景物或目标的高光谱图像。
在陆地、大气、海洋等领域的研究观测中有广泛的应用。
成像光谱仪–概述成像光谱仪是20世纪80年代开始在多光谱遥感成像技术的基础上发展起来的，它以高光谱分辨率获取景物或目标的高光谱图像，在航空、航天器上进行陆地、大气、海洋等观测中有广泛的应用，高成像光谱仪可以应用在地物精确分类、地物识别、地物特征信息的提取。
建立目标的高光谱遥感信息处理和定量化分析模型后，可提高高光谱数据处理的自动化和智能化水平.。
由于成像光谱仪高光谱分辨率的巨大优势，在空间对地观测的同时获取众多连续波段的地物光谱图像，达到从空间直接识别地球表面物质的目的，成为遥感领域的一大热点，正在成为当代空间对地观测的主要技术手段。
地面上采用成像光谱仪也取得了很大的成果，如科学研究、工农林业环境保护等方面。
成像光谱仪主要性能参数是：（1）噪声等效反射率差（NE∆p），体现为信噪比（SNR）；（2）瞬时视场角（IFOV），体现为地面分辨率；（3）光谱分辨率，直观地表现为波段多少和波段谱宽。
高光谱分辨率遥感信息分析处理，集中于光谱维上进行图象信息的展开和定量分析，其图象处理模式的关键技术有：⑴超多维光谱图象信息的显示，如图像立方体（见图一）的生成；⑵光谱重建，即成像光谱数据的定标、定量化和大气纠正模型与算法，依此实现成像光谱信息的图象-光谱转换；⑶光谱编码，尤其指光谱吸收位置、深度、对称性等光谱特征参数的算法；⑷基于光谱数据库的地物光谱匹配识别算法；⑸混合光谱分解模型；⑹基于光谱模型的地表生物物理化学过程与参数的识别和反演算法。
高光谱分辨率成像光谱遥感起源于地质矿物识别填图研究，逐渐扩展为植被生态、海洋海岸水色、冰雪、土壤以及大气的研究中。
Headwall高光谱成像光谱仪
Hyperspec 高光谱成像分析仪
TM
遥感探测
生命科学
食品安全
流程制造
采矿与产探测
空间与卫星
系统规格
国际认同，多项奖励
100 Award
Product Innovation Award
Achievement Award
New England Innovation Award
一体 式 镜扫系 统
自动聚焦、扫描功能 快速获取高光谱空间数据 可选定位平台、光源等
机载/艇 载系统
低重量 、 高性能的成像光谱 系统 可见 、 近红外多波段可选 完整硬件 、 软件支持的解决 方案
NBL IMAGING SYSTEM LTD．
应用领域
遥感探测 精细农业，环境监测 采矿和勘探 食品安全和质量控制 军事/国 防,目 标识别和跟踪 法庭科学 生命科学，显微成像 制药，药物研究 循环生产和分选 机器视觉 叶片的高光谱观察和伪彩显示
TM
TM
室内、室外 、镜扫、机载/艇 载等多 种平台可选
带移 动 台的室 内 平台
配备全视野宽度均一线性照 明光源, VIS-SW IR通用 同步载物台/相 机操作 光源距离和成像距离可调 250毫米线性移动距离，0.5um 步进精度
倾斜和 摆 扫的 野 外平台
倾斜和摆扫两种模式,多 个 安装位置 最大有效载荷：11Kg 旋转精度：0.0075° 全景环扫功能
Hyperspec 高光谱成像分析仪
产品特点 Hyperspec 高光谱成像分析仪
专利的全息光栅为核心的C-T同轴反射光路设计 优良的色差校正光学性能, 超 低杂散光<0.02% 出厂前光学校准，使用时无需再次校准 狭缝可更换，适用多种环境要求 最佳高光谱分辨率 1-2 nm 光谱探测无运动部件，成像更稳定 VIS, VNIR, EVNIR, NIR, SW IR可选 （380-825nm）,（400-1000nm）,（600-1600nm）, （900-1700nm）,（ 1000-2500 nm） 多种焦距像差校正镜头可选, 最 大光圈F/ N1.4~2.2 (根据镜头选择略有不同) 可选光纤输入，多达100点以上同步探测能力
高光谱成像技术进展（光电检测技术大作业）（精华）
高光谱成像技术进展By 130405100xx 一．高光谱成像技术的简介高光谱成像技术的出现是一场革命，尤其是在遥感界。
它使本来在宽波段不可探测的物质能够被探测，其重大意义已得到世界公认。
高光谱成像技术光谱分辨率远高于多光谱成像技术，因此高光谱成像技术数据的光谱信息更加详细,更加丰富,有利于地物特征分析。
有人说得好，如果把多光谱扫描成像的MSS ( multi-spectral scanner) 和TM( thematic mapper) 作为遥感技术发展的第一代和第二代的话, 那么高光谱成像( hyperspectral imagery) 技术则是第三代的成像技术。
高光谱成像技术的具体定义是在多光谱成像的基础上，从紫外到近红外（200-2500nm）的光谱范围内，利用成像光谱仪，在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谐波段对目标物体连续成像。
在获得物体空间特征成像的同时，也获得了被测物体的光谱信息。
（一）高光谱成像系统的组成和成像原理而所谓高光谱图像就是在光谱维度上进行了细致的分割，不仅仅是传统所谓的黑、白或者R、G、B的区别，而是在光谱维度上也有N个通道，例如：我们可以把400nm-1000nm分为300个通道。
因此，通过高光谱设备获取到的是一个数据立方，不仅有图像的信息，并且在光谱维度上进行展开，结果不仅可以获得图像上每个点的光谱数据，还可以获得任一个谱段的影像信息。
目前高光谱成像技术发展迅速，常见的包括光栅分光、声光可调谐滤波分光、棱镜分光、芯片镀膜等。
下面分别介绍下以下几种类别：（1）光栅分光光谱仪空间中的一维信息通过镜头和狭缝后，不同波长的光按照不同程度的弯散传播，这一维图像上的每个点，再通过光栅进行衍射分光，形成一个谱带，照射到探测器上，探测器上的每个像素位置和强度表征光谱和强度。
一个点对应一个谱段，一条线就对应一个谱面，因此探测器每次成像是空间一条线上的光谱信息，为了获得空间二维图像再通过机械推扫，完成整个平面的图像和光谱数据采集。
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
紫外小F_数高变倍高光谱成像仪设计
文章编号 2097-1842（2024）01-0079-10紫外小F 数高变倍高光谱成像仪设计刘 洋1,2，李 博1 *，林冠宇1,3，王晓旭1，李寒霜1，顾国超1（1. 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033；2. 中国科学院大学, 北京100049；3. 许健民气象卫星创新中心, 北京 100081）摘要：常规成像光谱仪一般变倍比较低，不利于大视场长狭缝多通道光学系统的扩展应用，此外，空间遥感中紫外波段的辐射能量较低，需要成像光谱仪具有更小的F 数。
针对高光谱分辨率成像光谱仪小F 数的探测需求，本文设计了一种具有高变倍的高光谱分辨率Offner 紫外成像光谱仪。
该成像光谱仪的后置分光系统采用了具有轻小型特点的改进型Offner 结构。
结合成像光谱仪对变倍比和小F 数的需求，通过理论推导得到Offner 初始结构参数。
在像面前插入一块弯月透镜，增加系统的优化自由度，进而提升系统的成像质量。
最终得到的成像光谱仪工作在270~300 nm 波段时，具有40 mm 的长狭缝，光谱分辨率优于0.6 nm ，系统变倍比小于0.22，F 数小于2，在截止频率为14 lp/mm 时，系统调制传递函数（MTF ）均优于0.9，系统各波段各视场均方根半径（RMS ）均小于12 μm 。
本文的研究对紫外波段高光谱探测成像光谱仪实现小F 数、高变倍设计提供了一种设计方案。
关 键 词：光学设计；成像光谱仪；Offner 系统中图分类号：TH744 文献标志码：A doi ：10.37188/CO.2023-0037Design of UV-band hyperspectral resolution imaging spectrometer withsmall F -number and high variable ratioLIU Yang 1,2，LI Bo 1 *，LIN Guan-yu 1,3，WANG Xiao-xu 1，LI Han-shuang 1，GU Guo-chao 1（1. Changchun Institute of Optics , Fine Mechanics and Physics , Chinese Academy of Sciences ,Changchun 130033, China ；2. University of Chinese Academy of Sciences , Beijing 100049, China ；3. Innovation Center for FengYun Meteorological Satellite , Beijing 100081, China ）* Corresponding author ，E-mail : libo 0008429@Abstract : Conventional imaging spectrometers generally have low variable ratio, which is not conducive to the extended application of large-field, long-slit, multi-channel optical systems. In space remote sensing,the radiation energy of the ultraviolet band is low, which requires the imaging spectrometer to have a smaller F -number. In order to meet the requirement of detecting small F -number of high spectral resolution imaging spectrometer, an Offner UV imaging spectrometer with high spectral resolution and high variable ratio is de-收稿日期：2023-03-01；修订日期：2023-04-03基金项目：国家重点研发计划（No. 2022YFB3903202）Supported by National Key Research and Development Program of China (No. 2022YFB3903202)第 17 卷 第 1 期中国光学（中英文）Vol. 17 No. 12024年1月Chinese OpticsJan. 2024signed in this paper. An improved Offner structure with light and small size is adopted in the rear beam split-ting system of the imaging spectrometer. Based on the requirements of variable power ratio and small F-num-ber of the imaging spectrometer, the initial Offner structure parameters are derived theoretically. A meniscus lens is inserted in front of the image to increase the degree of freedom for the optimization of the system and improve the imaging quality of the system. The obtained imaging spectrometer works in the 270~300 nm band with a long slit of 40 mm, a spectral resolution better than 0.6 nm, the system variable power ratio less than 0.22, and an F number less than 2. Its Modulation Transfer Function (MTF) is better than 0.9 at a cutoff frequency of 14 lp/mm, and the Root Mean Square (RMS) radius of each field of view in each band is less than 12 μm. This study provides a design scheme for the UV-band hyperspectral detection imaging spectro-meter with small F-number and high variable ratio.Key words: optical design；imaging spectrometer；Offner system1 引 言成像光谱技术是目前应用非常广泛的的技术，可以同时获得光谱和空间两个维度的信息。
遥感复习资料
1. .遥感的定义与特点。
（名词）遥感：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。
Remote sensing is the science and art of obtaining information about an object, area, or phenomenon through the analysis of data acquired by a device that is not in contact with the object, area, or phenomenon under investigation.（简答）遥感的特点：1>大面积的同步观测2>时效性3>数据的综合性和可比性4>经济性5>局限性（信息的提取方法、数据挖掘技术、思维方式）2. .遥感的分类（按照遥感的工作平台分类）：（地面遥感、航空遥感、航天遥感）按照探测电磁波的工作波段分类）：（可见光遥感、红外遥感、微波遥感）（按照遥感应用的目的分类）：（环境遥感、农业遥感、林业遥感、地质遥感）按照资料的记录方式）：（成像方式、非成像方式）（按照传感器工作方式分类）：（主动遥感、被动遥感）3. 简述遥感技术系统的组成1. （填空）遥感系统组成：信息源=> 信息获取=> 信息记录和传输=> 信息处理=> 信息应用4（简答）叙述植物、水和岩石、雪的光谱反射率随波长变化的一般规律：<1>植物的光谱反射曲线规律性明显，可分为三段：可见光波段有一个小的反射峰和两个吸收带。
这一特征是叶绿素的影响，其对蓝光和红光吸收作用强，对绿光反射作用强。
在近红外波段有一反射的“陡坡”，至1.1微米附近有一峰值，这是由于植被叶细胞结构的影响；在中红外波段受到绿色植物含水量的影响，吸收率大增，反射率下降。
成像光谱仪原理【详解】
论述了成像光谱仪的基本原理以及在农业、林业、工业及科研、环境保护等方面的应用，对我国光谱仪的研究发展概况作了简单介绍。
1 系统工作原理与结构高光谱成像仪将成像技术和光谱技术结合在一起，在探测物体空间特征的同时并对每个空间像元色散形成几十个到上百个波段带宽为10nm左右的连续光谱覆盖。
根据成像光谱仪的扫描方式，其工作原理也不尽相同，作为光学成像仪成像的一个例子，这里简述一下焦平面探测器推扫成像原理。
1.1 系统工作原理焦平面探测器推扫成像原理见图1。
地面物体的反射光通过物镜成像在狭缝平面，狭缝作为光栏使穿轨方向地面物体条带的像通过，挡掉其他部分光。
地面目标物的辐射能通过指向镜，由物收镜收集并通过狭缝增强准直照射到色散元件上，经色散元件在垂直条带方向按光谱色散，用会聚镜会聚成像在传感器使用的二维CCD面阵列探测元件被分布在光谱仪的焦平面上。
焦平面的水平方向平行于狭缝，称空间维，每一行水平光敏元上是地物条带一个光谱波段的像；焦平面的垂直方向是色散方向，称光谱维，每一列光敏元上是地物条带一个空间采样视场(像元)光谱色散的像。
这样，面阵探测器每帧图像数据就是一个穿轨方向地物条带的光谱数据，加上航天器的运动，以一定速率连续记录光谱图像，就得到地面二维图像及图形中各像元的光谱数据，即图像立方体。
图1.光谱成像仪数据获取系统的结构1.2 光谱成像仪数据获取系统构成光谱成像仪由光学系统、信号前端处理盒、数据采集记录系统三部分组成。
数据的回放及预处理通过专用软件在高性能的微机上完成。
软件具有如下功能：数据备份；快速回放；数据规整和格式转换；图像分割截取；标准格式的图像数据生成等。
2 成像光谱仪的应用成像光谱仪的应用范围遍及化学、物理学、生物学、医学等多个领域，对于纯定性到高度定量的化学分析和测定分子结构都有很大应用价值。
如在生物化学研究中，可以利用喇曼光谱鉴别一些物质的种类，还可以测定分子的振动转动频率，定量地了解分子间作用力和分子内作用力的情况，并推断分子的对称性，几何形状、分子中原子的排列，计算热力学函数、研究振动一转动拉曼光谱和转动拉曼光谱，可以获得有关分子常数的数据。
遥感地质学题库
一、概念1、监督分类2、非监督分类3、遥感4、大气窗口5、成像光谱仪6、地物反射波谱曲线7、数字图像8、均值平滑9、中值滤波10、密度分割11、假彩色合成12、标准彩色合成13、差值运算14、比值运算15、投影误差16、遥感平台17、像点位移二、填空1、根据遥感定义，遥感系统包括：、、、和五大部份。
2、遥感的分类方法很多，按遥感平台分：、、、。
3、遥感的分类方法很多，按工作方式分：和。
与非成像遥感。
4、太阳辐射经过大气传输后，主要是、和一起阻碍衰减了辐射强度，剩余部份即为透过的部份。
对遥感传感器而言，只能选择波段，才对观测成心义。
5、根据航天遥感平台的服务内容，可以将其分为、和海洋卫星系列。
6、高空间分辨率陆地卫星利用线性阵列技术取得4个波段的4m分辨率多光谱数据和一个波段的分辨率的全色数据。
7、遥感常用的电磁波段名称有、、、。
8、中心投影与垂直投影的区别表现在三个方面所受的影响不同：的阻碍、投影面倾斜的阻碍、的阻碍。
9、陆地卫星的传感器有、、等。
10、主要的陆地卫星系列包括：、、中巴资源一号卫星（CBERS）等。
11、陆地卫星（Landsat）轨道是与太阳同步的圆形轨道，保证北半球中纬度地域取得中等太阳高度角的上午影像，且卫星通过某一地址的相同。
每16至18天覆盖地球一次，图像覆盖范围为。
12、固体自扫描是用固定的，通过遥感平台的对目标地物进行扫描的一种成像方式。
目前经常使用的探测元件是。
13、按照雷达的工作方式可分为和。
成像雷达中又可分为真实孔径侧视雷达和。
14、侧视雷达的分辨力可分为和。
15、遥感图像特表现为三个方面。
即几何特征、物理特征和时间特征。
这三个方面特征的表现参数为、、和。
16、HLS代表、、和。
17、在遥感光学处理过程中，利用原理和原理实现彩色合成。
18、数字图像的校正主要进行校正和校正。
19、引起遥感影像变形的原因主要有、地形起伏的阻碍、地球表面曲率的阻碍、、的阻碍。
20、对比度变换是一种通过改变图像像元的亮度值来改变图像像元对比度，从而改善图像质量的图像处理方法。
高光谱成像ppt课件
由于像元凝视时间增强，空间分辨率和光谱分辨 率也得到提高。
• 仪器体积
由于没有光机扫描运动设备，仪器的体积较小。
二、成像光谱仪的空间成像方式
2.推扫型成像光谱仪
不足
•视场角
由于探测器件尺寸和光学设计的困难，总视场角不可 能很大，一般只能达到30度左右。
•定标
一次需要对上万个探测器元件进行定标，增加了处理 负荷和不稳定因素。
光谱仪成像仪辐射计之间的关系一高光谱成像的基本概念一高光谱成像的基本概念光谱仪成像仪辐射计光谱维信息空间维信息辐射能信息光谱分辨能力二维成像能力辐射分辨能力大理石在不同观测天顶角发射率的变化情况0203040506070809101112波长um7560453015一高光谱成像的基本概念一高光谱成像的基本概念光谱仪光谱信息成像仪空间信息辐射计辐射信息成像光谱仪光谱辐射仪成像辐射仪2
仪器的视场角是仪器扫描镜在空中扫过的 角度，它与系统平台高度决定了地面扫描幅宽 （Ground Swath，GS）
4.仪器的视场角
line
GS = 2 . tg(FOV/2) . H
H
Ground Swath
4.仪器的视场角 因此，在仪器设计时，FOV和IFOV是必须
考虑的重要参数。
• 仪器的视场角(FOV)较大，可以获得较宽的 地面扫描幅宽。
1.棱镜、光栅色散型成像光谱仪
• 色散型成像光谱技术出现较早，技术比较成熟。
• 入射的辐射能经过光学系统准直后，经棱镜和 光栅狭缝色散，由成像系统将色散后的光能按照波 长顺序成像在探测器的不同位置上。
三、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 • 摆扫条件下光谱色散原理
南大遥感名词解释讲解
普朗克定律：普朗克（Planck）定律－描述黑体辐射通量密度与温度、波长分布的关系。
•辐射通量密度随波长连续变化，每条曲线只有一个最大值。
•温度越高，辐射通量密度越大，不同温度的曲线不相交。
I = 1.95 cal/cm2min = 1.360×103W/m2
模式识别：
ARC/INFO：
判读标志：
GPS：
长二捆：长征二号捆绑运载火箭（CZ-2E），简称长二捆，是一枚大型两级捆绑式运载火箭。在其一级外部捆绑有四个直径为2.25米，高为15米的助推器，主要用于发射近地轨道有效载荷。
捆绑式火箭：是指将多枚火箭并排捆绑起来发射，目的是为了使众多火箭同时产生更大推力。由于捆绑式火箭推力大，所以可以用它来运载更重的航天器上天。
数字图像处理：
中心投影：
航向重叠和航向重叠率：
升交点：
SPOT：
HDDT：
太阳同步轨道：
灰标：
像点位移：
CCD：电荷耦合器件CCD，CCD是一种用电荷量表示信号大小，用耦合方式传输信号的探测原件，具有自扫描、感受波谱范围宽、畸变小、体积小、重量轻、系统噪声低、动耗小、寿命长、可靠性高等一系列有点，并可做成集成度非常高的组合件。
3）高光谱成像光谱扫描：既能成像又能获取目标光谱曲线的“谱像合一”的技术，称为成像光谱技术。按该原理制成的扫描仪称为成像光谱仪。
北师
黑体：
反射因子：
成像光谱仪：
漫反射：
比辐射率：
透视收缩：
地形叠掩：
米氏散射：
体散射：
直方图均衡化：
植被指数：比值运算可以检测波段的斜率信息并加以扩展，以突出不同波段间地物光谱的差异，提高对比度。该运算常用于突出遥感影像中的植被特征、提取植被类别或估算植被生物量，这种算法的结果称为植被指数。
多光谱高光谱及成像光谱仪的区别
光谱技术知识讲堂1.2多光谱、高光谱与高光谱成像仪的区别高光谱成像是新一代光电检测技术，兴起于20世纪80年代，目前仍在迅猛发展中。
高光谱成像是相对多光谱成像而言，高光谱成像方法获得的高光谱图像与多光谱图像相比具有更丰富的图像和光谱信息。
如果根据传感器的光谱分辨率对光谱成像技术进行分类，光谱成像技术一般可分成3类。
(1) 多光谱仪——光谱分辨率在10-1λ数量级范围内称为多光谱(Multi-spectral)，传感器在可见光和近红外区域一般只有几个波段，不能成像。
(2) 高光谱仪——光谱分辨率在10-2λ数量级范围内称为高光谱(Hyper-spectral)，这样的传感器在可见光和近红外区域有几十到数百个波段，光谱分辨率可达nm级，但不能成像。
(3) 高光谱成像仪——光谱分辨率小于10nm，传感器在可见光和近红外区域可达数百个波段，而且测量结果以图像方式表达出来，每一个像元均由光谱曲线组成，可以更为准确地获取目的物的反射光谱。
比起高光谱仪，高光谱成像仪对样品的测量定位更为精准。
众所周知，光谱技术能检测到被测物体的物理结构、化学成分等指标。
多光谱仪及高光谱仪是基于点的测量，而高光谱成像仪的测量所得到是目的物面上的光谱图。
因此，高光谱成像技术是光谱分析技术和图像分析技术发展的必然结果，是二者完美结合的产物。
高光谱成像技术不仅具有光谱分辨能力，还具有图像分辨能力，利用高光谱成像技术不仅可以对待检测物体进行定性和定量分析，而且还能进对其进行定位分析。
高光谱成像系统的主要工作部件是成像光谱仪，它是一种新型传感器，研制这类仪器的目的是为获取大量窄波段连续光谱图像数据，使每个像元具有几乎连续的光谱数据。
它是一系列光波在不同波长处的光学图像，通常包含数十到数百个波段，光谱分辨率一般为小于l0nm（如美国SOC公司的SOC730，具有300个波段，光谱分辨率达2nm）。
由于高光谱成像所获得的高光谱图像对图像中的每个像素都能提供一条几乎连续的光谱曲线，其在待测物上获得空间信息的同时又能获得比多光谱更为丰富光谱数据信息，这些数据信息可用来生成复杂模型，来进行判别、分类、识别图像中的材料。
一种高光谱成像光谱仪光谱定标方法
一种高光谱成像光谱仪光谱定标方法撖芃芃【摘要】介绍了一种高光谱成像光谱仪的光谱定标方法,高光谱成像光谱仪是一种结合光谱探测和成像特点的仪器,在CCD靶面上形成光谱和空间成像的二维图像,因此,其光谱定标方法较传统光谱定标方法有较大的不同.针对高光谱成像光谱仪的特点设计了一套光谱定标光路,采用高斯曲线拟合的方法确定中心波长的位置,提取光谱维方向的半高宽作为光谱带宽,采用最小二乘法进行全波段光谱定标,经过拟合计算得到该光谱定标方法的标准差为0.23 nm,满足使用要求.同时为该种光谱定标方法应用于多种类型的高光谱成像光谱仪定标过程中提供了宝贵的经验.【期刊名称】《长春工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(036)006【总页数】6页(P658-663)【关键词】成像光谱仪;透射光栅;光谱定标;光谱分辨率【作者】撖芃芃【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033【正文语种】中文【中图分类】TB8510 引言高光谱成像光谱仪是一种“图谱合一”的光学遥感仪器，其作用是获取地球目标的详细光谱景像，在陆地、海洋的辐射信息及大气等方面的监测有较多的应用［1－5］。
高光谱成像光谱仪的特点是成像技术和光谱技术有机地结合，能够获取大量的窄波段连续光谱图像数据。
成像光谱仪的工作原理如图1所示。
图1 成像光谱仪工作原理前端成像镜头将来自目标的光信息收集并成像于像面处，像面的任意一点均包含目标对应空间点的光谱信息。
通过一定的方式对第二维空间图像进行扫描，即可采集到由目标二维空间图像信息及其各点光谱信息所构成的三维数据立方［6－9］。
随着成像光谱仪技术的发展，对成像光谱仪定标技术提出了较为严格的要求，尤其是对光谱定标的准确度，光谱定标结果的准确性直接影响到成像光谱仪光谱分析的结果。
文中正是在这样一个背景下提出了一种高光谱成像光谱仪的光谱定标方法，并搭建了一套光谱定标系统对某种高光谱成像光谱仪进行光谱定标，该系统采用高斯曲线拟合的方法确定中心波长的位置，提取光谱维方向的半高宽作为光谱带宽，同时采用最小二乘法进行全波段光谱定标，经过拟合计算得到该光谱定标方法的标准差为0.23nm，满足应用要求。
2024年高光谱成像仪市场发展现状
高光谱成像仪市场发展现状简介高光谱成像仪是一种用于获取高光谱数据的设备，可广泛应用于农业、环境监测、地质勘探、医学等领域。
本文将对高光谱成像仪市场的发展现状进行分析。
市场规模与增长趋势高光谱成像仪市场在过去几年中取得了快速增长。
据市场研究公司的数据显示，2019年全球高光谱成像仪市场规模达到了亿美元，并预计在未来几年将以每年10%的复合年增长率增长。
这一增长主要受到农业和环境监测领域的需求推动。
应用领域农业高光谱成像仪在农业领域中的应用越来越广泛。
通过对农作物进行高光谱图像采集和分析，农民可以及时了解作物的生长状态和需求，优化农业生产管理。
高光谱成像仪可以检测到植物叶片的营养状况、病虫害情况等，并可用于制定针对性的施肥和农药治理方案，提高农作物的产量和质量。
环境监测高光谱成像仪在环境监测中也发挥着重要作用。
通过获取地表的高光谱数据，可以监测水质、土壤质量、植被状况等环境指标，帮助环境保护部门进行监测和评估。
此外，高光谱成像仪还可以用于检测油污染、气溶胶分布以及大气污染等环境问题，提供科学依据和数据支持。
医学高光谱成像仪在医学领域的应用也日益增多。
通过对皮肤、血液等生物组织进行高光谱成像，医生可以更准确地进行疾病检测、诊断和治疗。
高光谱成像仪可以帮助医生观察病变组织的光谱特征，提供更多的信息用于病情分析和治疗方案制定。
技术发展趋势过去几年的技术发展过去几年中，高光谱成像仪的技术取得了显著突破。
传感器的灵敏度和分辨率得到了提高，仪器的体积和重量也进一步减小，使其更加便携和实用。
此外，高光谱成像仪的数据处理和分析算法也得到了改进，使得数据处理更快速、精确，并能提供更多的应用价值。
未来发展趋势未来高光谱成像仪的发展方向主要体现在以下几个方面：1.进一步提高传感器的性能，提高分辨率和灵敏度，以获取更精确的高光谱数据。
2.发展更小型化、集成化的设备，提高便携性和实用性，满足各种应用场景的需求。
3.开发更高效的数据处理和分析算法，实现实时处理和应用，提供更多的数据价值。
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。
高光谱成像原理
高光谱成像原理
高光谱成像是一种通过收集物体在广谱光照下的反射或吸收光谱信息并进行分析的技术。
它利用高光谱相机或光谱仪，可以在可见光波段和近红外波段获取数百个连续的离散波段的光谱数据。
高光谱成像的原理是基于物体对不同波长光的吸收、散射和反射特性的差异。
当一束光照射于物体上时，物体会吸收部分光线，而反射或散射出另一部分光线。
不同的物质具有不同的吸收谱线，其特征由所吸收或反射的波长决定。
高光谱成像系统通过同时捕捉物体在多个离散波段的光谱数据，可以获取到物体的全光谱信息。
这些数据可以用于分析物体的组成、形态、结构以及表面特征等。
例如，在农业领域，可以利用高光谱成像技术来识别作物健康状况、土壤质量、病虫害等。
在环境监测中，可以使用高光谱成像技术来探测污染物和植被分布等。
高光谱成像技术的应用范围广泛，包括农业、环境、地质勘探、医学等领域。
它可以提供更细致、全面的物体信息，帮助人们更好地了解和认识所研究的对象。
同时，高光谱成像技术还在不断发展和完善中，未来有望应用于更多领域，为科学研究和实际应用提供更多可能性。
高光谱相机原理
高光谱相机原理高光谱成像技术是一种能够获取物体在数百个连续波段上的光谱信息的成像技术。
相比于传统的彩色相机只能获取红、绿、蓝三个波段的信息，高光谱相机可以获取更加丰富的光谱信息，因此在农业、环境监测、医学诊断等领域有着广泛的应用前景。
本文将介绍高光谱相机的原理和工作方式。
高光谱相机利用的是物质对不同波长光的吸收和反射特性。
当白光照射到物体表面时，物体会吸收部分光线并反射其余光线。
不同的物质对不同波长的光有着不同的吸收和反射特性，因此在不同波段上的光谱反射率也是不同的。
高光谱相机利用这一原理，通过获取物体在数百个波段上的光谱信息，来实现对物体的精细识别和分析。
高光谱相机的工作原理可以简单分为三个步骤，光谱获取、光谱分析和成像显示。
首先，高光谱相机会通过光谱仪器获取物体在数百个波段上的光谱信息，这通常需要利用高光谱传感器和光谱仪等设备。
接着，通过光谱分析算法，将获取到的光谱信息进行处理和分析，提取出物体在不同波段上的光谱特征。
最后，将处理后的光谱信息转化为图像显示出来，形成高光谱图像，从而实现对物体的高光谱成像。
高光谱相机的原理虽然看似复杂，但其实现过程可以简单概括为，获取光谱信息、光谱分析和成像显示。
在实际应用中，高光谱相机可以用于农业领域的作物监测和病虫害识别、环境监测领域的水质和土壤分析、医学领域的肿瘤诊断和药物研发等诸多领域。
通过获取物体在数百个波段上的光谱信息，高光谱相机能够实现对物体的精细识别和分析，为各行各业提供了更加丰富的信息和更高的应用价值。
总之，高光谱相机是一种能够获取物体在数百个波段上的光谱信息的成像技术，其原理和工作方式涉及到光谱获取、光谱分析和成像显示。
通过高光谱成像技术，我们可以更加全面地了解物体的光谱特征，为各行各业的应用提供更多可能性。
希望本文能够帮助读者更好地理解高光谱相机的原理和应用，为相关领域的研究和实践提供一定的参考价值。
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3.1 遥感平台
3、航天遥感平台
卫星轨道参数
1、赤道坐标系
赤道坐标系是取赤道面 为基准面，以地球自转 轴、以及从地心指向春 分点的直线为坐标轴所 构成的坐标系。虽然由 于地轴的进动，该坐标 系相对于恒星其位置是 变动的，但是，对于轨 道寿命有限的卫星运动 来说，影响很小。
11
3.1 遥感平台
地球静止轨道（geostationary satellite orbit） 能够长时间观测特定地区，卫星高度高，能将大范围的区域 同时收入视野，应用于气象和通讯领域
太阳同步轨道（ sun-synchronous satellite orbit ）：
卫星的轨道面以与地球的公转方向相同方向而同时旋转的近 圆形轨道。
2
3.1 遥感平台 3、航天遥感平台
按航天遥感平台的服务内容，可分为 1）气象卫星系列 2）陆地卫星系列 3）海洋卫星系列
课本知识自学
3
3.1 遥感平台 3、航天遥感平台
航天遥感特点：
观察范围大，发现宏观、整体的特征； 效率高于航空遥感； 获取同样数量的数据时，费用较低； 适于动态监测； 分辨率一般低于航空遥感，但已大大改善
8
开普勒定律（
Major axis
Minor axis
9
3.1 遥感平台 3、航天遥感平台
开普勒第三定律
行星的公转周期的平方与它的轨道平均半径的立方成正比。
卫星绕地球的运行周期的平方与它的轨道平均半径的立方成 正比。 T2/（R+H）3=C T：运行周期，R：地球半径；H：离地高度；C：开普勒常数
当i=90时，卫星绕过两极运行，叫“极轨”或“两极”卫星；
当i=0或180时，卫星绕赤道上空运行，叫“赤道卫星”。
12
（2）升交点赤经
卫星由南向北运行时经 过赤道平面的那一点，叫 “升交点” ；该点离春 分点的经度值就是升交点 赤经。
轨道倾角和升交点赤 经共同决定卫星轨道平 面的空间位置。
13
（5） 椭圆偏心率
椭圆轨道两个焦点间距离之半与半长轴的比值，用以 表示轨道的形状。
（6）卫星过近地点时刻
以近地点为基准表示轨道面内卫星位置的量
15
3.1 遥感平台
3、航天遥感平台
其它一些常用的遥感卫星参数
(R
T
2
H
)3
c
卫星高度：卫星距离地面的高程
H 3 T2 R C
T 运行周期：卫星绕地球一圈所需的时间 c (R H )3
3.1 遥感平台 1、遥感系统
1）目标物的电磁波特性 2）信息的获取（传感器和遥感平台） 3）信息的接收 4）信息的处理 5）信息的应用
1
3.1 遥感平台
2、遥感平台
1）地面平台
高度：0-50米，车、船、塔等
2）航空平台
高度：百米-万米不等，低、中、高空飞机，以及飞艇、 气球等。
3）航天平台
高度：150-36000千米，包括航天飞机（300KM）、极轨 卫星（700-900KM）、地球同步轨道卫星（36000KM）
6
3.1 遥感平台 3、航天遥感平台
开普勒定律（1）
近日点
b 太阳
2ea
a
远日点
地球轨道 7
3.1 遥感平台 3、航天遥感平台
二、开普勒第二定律 从地心或者太阳中心到星体的连线（星体向径），在 单位时间扫过的面积相等（面积速度守恒）。 卫星在离地近的地方经过时的速度要快些，在离地远的 地方运行的速度要慢些。
4
3.1 遥感平台 3、航天遥感平台
遥感卫星的姿态与轨道参数 姿态描述： 1. 三轴倾斜：
滚动：横向摇摆；俯仰：纵向摇摆；偏航：偏移运行轨道
2. 振动：非系统性的不稳定振动
影响数据质量，使用数据前需进行几何纠正
5
3.1 遥感平台 3、航天遥感平台
卫星空间轨道及其运行特征
（一）开普勒定律 卫星在空间运行，遵循天体运动的开普勒三定 律。 一、开普勒第一定律 星体绕地球（或者太阳）运动的轨道是一个椭 圆，地球（太阳）位于椭圆的一个焦点上。 轨道离地最近的点称近地点，反之为远地点。
17
3.1 遥感平台
3、航天遥感平台
地球静止卫星轨道
(geostationary satellite orbit)
卫星运行周期与地球自转周期(23小时56分4秒)相同的 轨道称为地球同步卫星轨道(Geosynchronous satellite orbit)(简 称同步轨道);
在无数条同步轨道中,有一条圆形轨道,它的轨道平面与地 球赤道平面重合,在这个轨道上的所有卫星,从地面上看都像是 悬在赤道上空静止不动,这样的卫星称为地球静止轨道卫星,简 称静止卫星, 这条轨道就称为地球静止卫星轨道, 简称静止卫星 轨道, 高度大约是35800公里。
重复周期：卫星从某地上空开始运行，经过若干时间的运行
后，回到该地上空时所需的天数
降交点时刻：卫星经过降交点时的地方太阳时的平均值
扫描宽度：传感器所观测的地面带的横向宽度
16
3.1 遥感平台 3、航天遥感平台
遥感卫星的轨道类型
地球同步轨道（Geosynchronous satellite orbit ）
人们通常简称的同步轨道卫星一般指的是静止卫星。
18
3.1 遥感平台 3、航天遥感平台
太阳同步轨道
(sun synchronous orbit)
卫星的轨道平面与赤道平面的夹角一般是不会变的, 但 会绕地球自转轴旋转。
轨道平面绕地球自转轴旋转的方向与地球公转的方向 相同, 旋转的角速度等于地球公转的平均角速度, 即0.9856度 /日或360度/年, 这样的轨道称为太阳同步轨道。
3、航天遥感平台
卫星轨道参数
2、六个基本轨道参数
（1）轨道倾角
轨道平面与地球赤道平面的夹角。具体计算是在卫星轨道升 段时由赤道平面反时针旋转到轨道平面的夹角。
当0<i<90时，卫星运动方向与地球自转方向一致，因此叫“正方向 卫星”；
当90<i<180时，叫“反方向卫星”，即卫星运动与地球自转方向相 反；
（3）近地点幅角
地心与升交点连线和地 心与近地点连线之间的 夹角。由于入轨后其升 交点和近地点是相对稳 定的，所以近地点幅角 通常是不变的，它可以 决定轨道在轨道平面内 的方位。
14
（4）椭圆半长轴
近地点和远地点连线的一半，它标志卫星轨道的大小。 它确定了卫星距地面的高度，按照卫星高度的不同又将 卫星分为低轨卫星（150—300公里）、中轨卫星（约 1000公里左右）和高轨卫星（36000公里处）。