高光谱遥感的传感器是成像光谱仪ImagingSpectrometer
高光谱遥感第四章
资源调查
高光谱遥感能够调查土地利用、矿产 资源、森林资源等自然资源，为资源 管理和规划提供数据基础。
02
高光谱遥感技术
采集技术
采集方式
高光谱遥感通过卫星、飞机等平台搭载传感器，对地表进行宽范 围、高分辨率的成像。
采集波段
高光谱遥感能够获取数十至数百个波段的地物光谱信息，覆盖可见 光、近红外、短波红外等波段。
利用不同尺度的数据源进行融合，能 够同时获取地物的细节信息和全局信 息。
像素级融合
特征级融合
决策级融合
多尺度融合
基于像素点的融合方法，如加权融合、 主成分分析融合等，能够充分利用不 同数据源的信息。
基于分类结果的融合方法，将不同数 据源的分类结果进行组合，提高分类 精度和可靠性。
04
高光谱遥感应用案例
辐射定标和大气校正
将高光谱图像的物理量转换为反射率 或辐射亮度，消除大气和太阳辐射的 影响。
光谱复原
对由于散射和吸收造成的光谱畸变进 行校正，恢复地物真实光谱。
地理编码
将高光谱图像的像素坐标与地理坐标 对应起来，便于后续的空间分析和定 位。
数据分类
监督分类
基于已知训练样本的类别信息进行分类， 如支持向量机、随机森林等。
采集分辨率
高光谱遥感的分辨率通常达到纳米级别，能够提供更精细的地物光 谱特征。
处理技术
数据预处理
包括辐射定标、大气校正、几何校正等步骤，以消除传感器误差和 大气干扰，获取准确的地物光谱数据。
图像融合
将不同波段的高光谱图像进行融合，提高图像的空间分辨率和信息 量。
数据压缩
对高光谱数据进行压缩，降低数据存储和传输成本。
高光谱遥感技术能够提供比传统遥感更丰富、更精细的地物光谱信息，从而实现 对地物的精细分类、识别和监测。
高光谱遥感
概念： 具有比较高的光谱分辨 率，通常能达到10-2λ数量级，
高光谱遥感具有波段多的特 点，光谱通道数多达数十甚 至数百个以上，而且各通道 间往往是连续的，因此高光 谱遥感通常也被称为成像光 谱遥感（Imaging Spectrometry）。
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
④定量化的连续光谱曲线数据为地物光谱机理模型引入图像分类提
供了条件。 劣势：
①对数据冗余处理不当，反而会影响分类精度；
②对定量化要求高，数据前处理复杂； ③波段多，波段间的相关性大，对训练样本数量要求高；
④使用统计学分类模型对光谱特征选择要求很高。
四、高光谱图像分类与目标识别
面向高光谱图像特点的分类算法:
高光谱图像目标识别:
①从数字信号到辐射值的转换，这个过程要求在辐射和光谱上有
高精度的定标；
②剔除大气效应：从辐射值到地面视反射率； ③纠正光照几何因素和地形影响：视反射率到地面反射率； ④光谱特征选择、特征提取、数据空间转换等； ⑤从光谱数据库中提取所要识别的目标标准光谱；或者从图像中 提取光谱端元、识别和确认所找出的端元光谱； ⑥光谱匹配和识别，采用全波形匹配或者特征参量光谱匹配；也 可以采用混合光谱分解的方法，分解每一像元光谱，得出每像元 中各端元组分的相对含量。
谱特征空间，但它包括了该对象的主要特征光谱，并在一个 含有多种目标对象的组合中，该子集能够最大限度地区别于 其它地物。
光谱特征选择：光谱特征位置搜索 光谱相关性分析 光谱距离统计
三、高光谱图像光谱分析技术 （光谱特征位置搜索）
包络线去除（Continuum Removal ）：光谱曲线的包络线从 直观上看，相当于光谱曲线的“外壳”。
第3章遥感传感器及其成像原理.
景物的图像线，这条图像线经曝光后在底片上记录下 来。 ❖ 接着第二个扫描镜面扫视地面，由于飞机向前运动， 胶片也作同步旋转，记录的第二条图像正好与第一条 衔接。依次下去，就得到一条与地面范围相应的二维 条带图像。
缝隙式摄影机
镜头转动式摄影机
3.1.1 摄影类传感器分类
➢ 全景摄影畸变：相片两端的地表景物被压缩。
3.1.1 摄影类传感器分类
3. 多光谱摄影机
多光谱摄影机指对同一地区，在同一瞬间摄取多 个波段影像的摄影机。采用多光谱摄影的目的 ，是充分利用地物在不同光谱区，有不同的反 射特征，来增加获取目标的信息量，以便提高 影像的判读和识别能力。
❖ 又由于扫描总视场为 11.56°，地面宽度为185km，因 此扫描一次每个波段获取6条扫描线图像，其地面范 围为 474m * 185km。
❖ 又因扫描周期为73.42ms，卫星速度（地速）为 6.5km/s，在扫描一次的时间里卫星往前正好移动 474m，因此扫描线恰好衔接。
❖ 自西往东对地面的有效扫描时间为33ms，即在33ms内扫描 地面的宽度为185km，按以上宽度计算，每9.958 μs内扫描 镜视轴仅在地面上移动了56m，因此采样后的MSS像元空间 分辨率为56m * 79m （Landsat为68m * 83m）。
四、 ETM+增强型专题制图仪
表3-4
波段号 类型
1
Blue-Green
波谱范围 /um 0.450-0.515
地面分辨率 30m
2
Green
0.525-0.605
30m
3
Red
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
三、高光谱遥感发展历程（国内）
它是指在特定光谱域以高光谱分辨率同时获得连续的地物 光谱图像, 使得遥感应用可以在光谱维上进行空间展开, 定量分 析地球表层生物物理化学过程与参数。
之后, 成像光谱技术的研究进入了一个高速发展期, 各国纷 纷投入资金加大成像光谱仪的研究己加拿大、日本、澳大利亚 等国, 相继研制出了不同应用目的的成像光谱仪。 我国在成像 光谱仪的研究开发方面也取得了引人瞩目的成绩, 相继成功研制 出
6
讲课提纲：
6. 高光谱数据综合分析与系统构建 6.1 高空间分辨率与高光谱数据融合 6.2 空间信息辅助下的高光谱数据分析 6.3 时间信息辅助下的高光谱数据分析 6.4 高光谱数据处理与分析系统
7. 高光谱遥感应用 7.1 高光谱遥感应用——精准农业 7.2 高光谱遥感应用——植被生态 7.3 高光谱遥感应用——内陆水质 7.4 高光谱遥感应用——地质矿产 7.5 高光谱遥感应用——大气环境
MIDAS
MIDAS –TASC
ENVI
The Environment for Visualizing Images, Research Systems Inc
ERDAS
ERDAS-Hyperspectral Data Analysis Package
TETRACORDER
U.S. Geological Survey
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三、高光谱遥感发展历程（国际）
20世纪70年代末期，成像光谱概念形成初期（美国GER的航空光谱研究，
美国喷气推进实验室JPL的航天飞机多光谱红外辐射计SMIRR ）
GER的航空光 谱仪成功地检
1983年，第一台高分辨力航空成像光谱仪 （Airborne Imaging Spectrometer，AIS-1） ，JPL
高光谱遥感成像系统
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近年来，有代表性旳新产品
34
热红外成像光谱仪
35
几种常见旳航空高光谱成像仪
36
37
38
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。
19
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。
高光谱原理及应用简介
目录
1
高光谱遥感的基本概念
2
高光谱遥感器及平台
3
高光谱遥感技术
4
高光谱遥感技术应用
从嫦娥一号说起
Moon Observing
嫦娥一号的高光谱干涉成像光谱仪
光学遥感的发展阶段
• 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遥感 (Multispectral)；
• 光谱分辨率在10-2λ的遥感信息称之为高光谱(Hyperspectral)遥感。 • 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
土壤研究中应用
• 连续窄带短波红外光谱信息，为土壤评价与监测提供了强 有力的工具。
• 高光谱分辨率遥感作为一种手段可以用来提供土壤表面状 况及其性质的空间信息，亦可用来评价探测土壤性质细微 差异的潜力。
• 高光谱在土壤研究中的价值主要在于土壤类型的填图、土 壤中矿物成分定量鉴别、土壤湿度、土壤有机质、土壤侵 蚀以及土壤退化监测，从成像光谱图像定量反演土壤物理 化学参数，对土壤潜在生产力评价以及监测由于风蚀、水 侵、盐碱化、沙漠化造成的土地退化现象。
• 通过对植被光谱特征的分析也是找矿的依据，由 于矿物中金属离子对植被的侵蚀，会引起植被的 病变，使得植被近红外高反射峰就会向短波方向 移动5-20纳米，成为“红边蓝移”现象。高光谱 遥感就有能力发现这种现象。
地质
黄铁矿 黄钾铁矾矿 针铁矿和 黄钾铁矾
针铁矿
赤铁矿
植被生态学
• 植被群落、植被种类的分类与识别； • 冠层结构、状态或活力的评价、冠层水文状态与冠层生物
农业-农作物的识别和品种划分
不同成熟度的水稻和不同深浅的水域分类
农业-农作物的识别和品种划分
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
高光谱遥感影像地面伪装目标检测方法的研究
外、热红外光谱特征，大大提高了地物的分类和识别能力，在农业、林业、海洋、气象、地质、全球环境及军事遥感等诸多领域显示出巨大的应用前景。
目前，已有许多国家相继研制出或正在研制各具特色的成像光谱仪，数量达四十种之多［３－６１。
从第一代ＡＩＳ的３２个连续波段，到第二代高光谱成像仪。
航空可见光、红外光成像光谱仪（ＡＶＩＲＩＳ）的２２４个波段，光谱分辨率在不断提高，ＡＶＲＩＳ是首次测量全反射波长范围（Ｏ．４～２．５ｒｕｎ）的成像光谱仪。
美国宇航局在１９９９年底发射的中等分辨率成像光谱仪（ＭＯＤＩＳ）和高分辨率成像光谱仪（ＨＩＲｊＳ）为人类提供了更多信息。
２００１年发射的ＯｒｂＶｉｅｗ卫星能够同时提供更高空间分辨率和光谱分辨率的数据，它能获取】ｍ全色波段影像和４ｍ～５ｍ的多光谱波段以及空间分辨率为８ｍ的２００个波段的高光谱数据。
此外，许多具有高空间分辨率和高光谱分辨率的成像光谱仪正在或即将进入实用阶段，例如：美国的ＨＹＤＩＣＥ、ＳＥＢＡＳ，加拿大的ＦＬＩ、ＣＡＳＩ和ＳＦＳＩ，德国的ＲＯＳＩＳ以及澳大利亚的ＨＹＭＡＰ等。
这些传感器有的已经进入了商业运营，技术比较成熟。
特别是美国的ＨＹＤＩＣＥ和ＡＶＩＲＩＳ多次参与军方的实验，提供了大量的军事应用的第一手资料。
图ｌ—ｌ高光谱图像数据立方体示意我国在这一领域的发展也十分迅速。
中科院上海技术物理研究所于１９９７年开始研制２４４波段的推扫式（ＰＨＩ）和１２８波段的可见光／近红外、短波红外、热红外模块化成像光谱仪系统（ＯＭＩＳ）并取得了成功，特别是ＯＭＩＳ已经成功转入商业运营。
另外，中科院长春光学精密机械与物理研究所、西安光学精密机械研究所也在这一领域取得了重要的研究成果。
高光谱数据除了拥有图像数据的几何信息外，还具有光谱信息，从而构成三维的图像立方体。
如图１．１，光谱维信息可以记录地物所具有的反射、吸收和发射电磁能量的能力，这种能力是由物质的分子和原子结构确定，不同的地物类型对应于不同的谱特征，这就是光谱的“指纹效应”，如图１．２。
高光谱遥感1
• 土壤质地是指土壤中各种粒径的颗粒所占的相对比例。它 对土壤光谱反射特性的影响，主要表现在两个方面： • 一是影响土壤持水能力，进而影响土壤光谱反射率； • 二是土壤颗粒大小本身也对土壤的反射率有很大影响 • 对于土壤粒径较小的粘粒部分，由于其很强的吸湿作用， 它在1.4，1.9，2.7等处的水吸收带异常明显。 • 随土壤颗粒变小，颗粒间的空隙减少，比表面积增大，表 面更趋平滑，使土壤中粉砂粒的反射率比砂粒高，但当颗 粒细至粘粒时，又使土壤持水能力增加，反而降低了反射 率。 • 此外，土壤质地影响反射特性的因素不仅是粒径组合及其 表面状况，还与不同粒径组合物质的化学组成密切有关。 • 土壤的光谱特性影响因素： 成土矿物、含水量、有机物、氧化铁和质地等。
高光谱遥感应用领域
1. 农作物精细识别 3. 林业调查 5. 大气环境调查 7. 油气资源调查 9. 海洋环境调查 11. 军事伪装探测 2. 农作物长势监测 4. 生态环境调查 6. 地矿调查 8. 内陆湖泊水质调查 10. 城市地面调查 12.电磁波理论基础 • 1.2 电磁波与物质的相互作用 • 1.3 典型地物的光谱特性 • 1.4 地面光谱测量
• 水体的光谱特性 • 地表较纯洁的自然水体对0.4～2.5波段的电磁波吸收明显高 于绝大多数其它地物。 • 在可见光波段内，水体中的能量-物质相互作用比较复杂， 光谱反射特性可能包括来自三方面的贡献： • (1)水的表面反射; • (2)水体底部物质的反射; • (3)水中悬浮物质的反射。 • 光谱吸收和透射特性不仅与水体本身的性质有关，而且还 明显地受到水中各种类型和大小的物质——有机物和无机 物的影响。 • 在近红外和中红外波段，水几乎吸收了其全部的能量，即 纯净的自然水体在近红外波段更近似于一个“黑体”。因此， 在1.1～2.5波段，较纯净的自然水体的反射率很低，几乎趋 近于零。
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
什么是高光谱
什么是高光谱,多光谱,超光谱作者：felles提交日期：2010-4-26 8:16:00 | 分类:高光谱 | 访问量：196到底什么是高光谱，多光谱和超光谱技术2009-11-18 13:53多光谱，高光谱和高光谱技术都被称为成像光谱技术，在遥感和其他科研领域具有举足轻重的作用。
多年来，我一直对这种技术理解不深，很多人说什么多光谱，甚至是超光谱，多光谱技术实际上是高光谱技术的原始阶段，几乎被淘汰了。
而有些人说的超光谱实际上还在美国研发，根本没有进入到市面上，也就说诸多同仁对成像光谱技术也是糊里糊涂。
今日，我在一个网站上发现了对这种技术的解释 ，我认为从专业角度来说，他们说的还比较靠谱。
对于科研确实有一定的帮助。
我在这里吧相关资料拷贝过来供大家欣赏。
成像光谱技术（高光谱成像技术）基础Imaging Spectrometer Fundamentals说明：1.下文所属的成像光谱仪又叫高光谱成像系统，而且同一个概念。
2.该资料为天津菲林斯光电仪器公司 编写，仅作成像光谱技术的内部交流之用，禁止一切形式的侵权传播或引用行为。
一．技术历史背景在现代科研过程中, 多数情况下必须对空间不均匀样品的分布特性加以分析和确认，使用传统的光谱仪仅仅能够以聚焦的镜头扫描样品或者获得整个样品的平均特性，这种光谱和空间信息不可兼得的局限性促使高光谱成像技术（Hyperspectral Imaging）应用而生。
早在20世纪60年代（1960s）人造地球卫星围绕地球获取地球的图片资料时，成像就成为研究地球的有利工具。
在传统的成像技术中，人们就知道黑白图像的灰度级别代表了光学特性的差异因而可用于辨别不同的材料，在此基础上，成像技术有了更高的发展，对地球成像时，选择一些颜色的滤波片成像对于提高对特殊农作物、研究大气、海洋、土壤等的辨别能力大有裨益。
这就是人类最早的多光谱技术（Multispectral imaging）它最早出现在LandSat卫星上。
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）；
遥感传感器的分类及应用
遥感传感器的分类及应用遥感传感器是遥感技术实现的关键设备，通过感知地球表面物体的辐射信息，将其转化为电信号，再经过信号处理和解译，获取地球表面物体的信息。
根据传感器获取的波段不同，遥感传感器可分为光学传感器、热红外传感器、微波传感器和辐射计传感器等。
下面将对这些传感器的分类和应用进行详细介绍。
1. 光学传感器：光学传感器是利用可见光、红外线和紫外线等电磁波进行观测的遥感传感器。
根据波长的不同，光学传感器可分为几何光学传感器和光谱光学传感器两类。
- 几何光学传感器：主要用于获取地表物体的几何信息，如高程、表面形态、形状等，常见的传感器有激光扫描仪、全球定位系统（GPS）等。
- 光谱光学传感器：通过感知不同波段的辐射能量，获取地表物体的光谱特征和反射率，常见的传感器有光电成像仪、多光谱仪、高光谱仪等。
光学传感器在土地利用、环境监测、农业生产、城市规划等领域具有广泛应用。
例如，农业生产中，利用多光谱仪对作物进行光谱测量，可以实现作物的生长监测、病虫害预警和施肥调控。
2. 热红外传感器：热红外传感器是使用地物自身辐射的热红外波段信息进行探测的遥感传感器，主要用于获取物体的温度信息和热特性。
常见的传感器有热像仪和红外测温仪等。
热红外传感器广泛应用于军事侦察、夜视系统、火灾监测、温室气体排放检测等领域。
例如，在环境监测中，利用热像仪可以检测热污染源，指导环境管理和污染治理。
3. 微波传感器：微波传感器利用地物对微波辐射的响应进行探测，主要用于获取地物的微波反射、散射和辐射特性。
根据工作波段的不同，微波传感器可分为多频雷达、合成孔径雷达（SAR）和微波亮温计等。
微波传感器广泛应用于地貌地貌、冰雪覆盖、测风雷达、大气科学等领域。
例如，在气象预测中，利用微波辐射计可以获取大气温度、湿度和降水等气象要素。
4. 辐射计传感器：辐射计传感器主要用于测量地球表面辐射通量，例如太阳辐射、热辐射、长波辐射等。
常见的传感器有太阳辐射计、红外辐射计和长波辐射计等。
4传感器与成像原理
60?Cf
60 km
Sensors
70.5?Df Df 70.5 Cf 60Þ Bf 45.6Þ Af 26.1 An 0? Aa 26.1 Ba 45.6Þ Ca 60Þ Daew angle 425 ?467 nm 543 ?571 nm 660 ?682 nm 846 ?886 nm
White WhiteLight LightSeparated Separatedinto intoits itsSpectral SpectralComponents ComponentsUsing Using aaPrism Prism
White Light Separated into its Spectral Components Using a Prism
Film Plane
Image
Object
Roll of film
Aperture
Focal Length
20
Two TwoFrame FrameCameras CamerasMounted Mountedin inthe theFuselage Fuselageof ofaaPlane Plane
感测人体选择8-12μm, 探测森林火灾应选择3-5 μm
7
不同光谱分辨率对水铝矿反射光谱的获取
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空间分辨率(spatial resolution)
遥感图象上能够详细区分的最小单元的尺寸，是用来表 征图象分辨地面目标细节能力的指标。 通常用像元大小、像解率或视场角来表示。
像元（pixel）：将地面信息单元离散化而形成的格网单 元，单位为米，是组成图象的基本单元。像元越小，空 间分辨率越高；（像元所代表的地面范围的大小） 像解率是用单位距离内能分辨的线宽或间隔相等的平行 细线的条数来表示，如线/毫米或线对/毫米； 瞬时视场角 (instantaneous field of view, IFOV): 指传感 器的张角及瞬时视域，又称角分辨率。
超光谱遥感检测
超光谱遥感监测发展历史1．国内外超光谱遥感器的发展在遥感的发展史上，超光谱遥感的出现是一个概念上和技术上的创新。
1983年世界上第一台成像光谱仪Als一1(AirborneImagingSpectrometer一1)在美国喷气推进实验室(JPL)研制成功，标志这第一代超光谱分辨率传感器的问世。
至上世纪90年代，国际上超光谱，高光谱的研究，包括传感器研制、信息获取、数据处理和分析、辐射定标、光谱重建、波形分析、光谱识别、各种物化参量的反演和应用模型的研究，都日益成熟。
发展了一系列数据处理和地物识别的方法，建立了多种应用模型，开发了一些通用和专用处理软件。
并在矿物填图、植被调查等领域取得了显著的应用成效，展现了宏伟的应用前景。
第一代成像光谱仪以AIS一和A工S一2为代表，以扫描式的二维面阵列成像(AIS一1用32x32面陈列成像)。
至此许多发达国家也相继投入大批财力进行成像光谱仪的研制和应用示范的研究。
目前国际上有近五、六十台各种类型的民用航空成像光谱仪，例如:美国机载可见光/红外成像光谱仪(A VIRIS)、加拿大的荧光线成像光谱仪(FLI)和在此基础上发展的小型机载成像光谱仪(AIS)、美国DeadaluS公司的MIVIS、GER公司的79通道机载成像光谱仪(DAIS一7915)、芬兰的机载多用成像光谱仪(DAISA)、德国的反射式成像光谱仪(BOSIS一10和22)、美国海军研究所实验室的超光谱数字图像采集试验(HYD工CE)、澳大利亚的HyM即、美国Probe、加拿大的工TRES公司的系列产品以及由美国GER公司为德士古(TEXACO)石油公司专门研制的TEEMS系统等等。
最近新出现了美国SpeCtir公司生产的HyperspeeTIR(HST)传感器的有227个独立波段，光谱范围是450一245Onm，其技术特性如表1一1所示，它的主要优势是高空间分辨率。
可以达到0.sm，这对于检测路面健康状况是巨大的优势。
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② 高光谱遥感的应用
●在其它领域中的应用 大气遥感 目前用高光谱研究大气，主要目标是水 蒸气、云和气溶胶研究。 水温与冰雪 利用高光谱成像仪可以测定沿海、江河、 湖泊中的叶绿素、浮游生物、有机质、悬浮 物和水生植物等以及他们的分布。
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
影像的几何特征。
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
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① 高光谱遥感的基本概念
定义：高光谱遥感是高光谱分辨率遥感
(Hyperspectral Remote Sensing)的简称，是指
利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体，
获取许多非常窄且光谱连续的图像数据的技术。 目前，一般将波长间隔10nm以下，波段数36个 以上的遥感系统定义为高光谱遥感。
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② 高光谱遥感的应用
●在其它领域中的应用
环境与灾害 高光谱图像可以用来探测危险环境因素。 例如：编制酸性矿物分布图，特殊蚀变矿物 分布图，评价野火危险的等级。
土壤调查
高光谱土壤遥感可以提供土壤表面状况 和性质的空间信息，空间差异性。
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
第9章 高光谱与微波遥感
9.2 多角度遥感 遥 感 原 理 与 方 法
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理想光滑表面的反射是镜面反射，理想粗 糙表面的反射是漫反射（朗伯反射）。传统的 遥感技术主要采取垂直观测方式，以获得地表 二维信息，对获取的数据则基于地面目标漫反 射的假定，作一些简单校正后，利用地面目标 的光谱特性进行解译。然而，通过这种遥感手 段所获得的信息是以垂直反射光谱为基调的， 没有涉及太阳光入射角度及观测角度的影响因 素。这些在遥感技术发展的初期是合理的，也 取得了很大的成功。
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② 高光谱遥感的应用
●在其它领域中的应用
城市环境
高光谱和高空间分辨率遥感数据的结合，
有可能细分出城市地物和人工目标。
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
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③ 高光谱遥感的发展前景
将来高光谱卫星传感器将以AVIRIS的工作 方式测量太阳反射光谱。它们将提供多时相全 球各个区域的高光谱图像(Green等，1998)。 美国宇航局计划将两个成像光谱仪作为地 球观测系统(EOS)的传感器——中等分辨率成像 光谱仪(MODIS)和高分辨率成像光谱仪 (HIRIS) 。其中，中等分辨率成像光谱仪 (MODIS)上一章已经进行了介绍。
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
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③ 高光谱遥感的发展前景
HIRIS 将有 30m 的空间分辨率，获取 0.4— 2.5μm 波长范围的 10nm 宽的 192 个连续光谱段。 它是 AVIRIS 的继承者。 HIRIS 将获取沿飞行方 向前后+60 ～ -30及横向24的图像。虽然它 的周期为 16 天，但由于它的指向能力，对于一 些特殊区域，其覆盖频率将会更高。 HIRIS 数 据将用于识别表面物质、测量小目标物的二向 性反射分布函数 (BBDF)及执行小空间范围的生 态学过程的详细研究。
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
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① 高光谱遥感的基本概念
传感器：高光谱遥感的传感器是成像光谱
仪(Imaging Spectrometer)，它为每个像元提供
数十至数百个窄波段（通常波段宽度＜10nm）
的光谱信息，能产生一条完整而连续的光谱曲 线。
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
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② 高光谱遥感的应用
●在地质调查中的应用
地质是高光谱遥感应用中最成功的一个领 域。主要用于区域地质制图和矿产勘探。各种 矿物和岩石在电磁波谱上显示的诊断光谱特性 (diagnostic spectral feature)可以帮助人们识别 不同矿物成分。这些诊断性光谱特征只有利用 高光谱遥感数据才有可能被探测到。
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
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③ 高光谱遥感的发展前景
现有的航空成像光谱仪技术系统的完善。 例如，在传感器方面：改善其获取数据的性能， 提高图像数据的信噪比，增强机上实时数据处 理能力。 数据分析处理方面：强调大气订正、信息 提取技术，发展新算法和完善已有的算法，并 向构成标准化应用处理算法软件包方向努力， 特别是发展针对高光谱海量数据和丰富光谱信 息特点的算法和软件，以提高高光谱数据处理 效率及其分析、研究和应用水平。
遥 感 原 理 与 方 法
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第 9 章高光ຫໍສະໝຸດ 与微波遥感第9章 高光谱与微波遥感
内容提要：
遥 感 原 理 与 方 法
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高光谱、多角度和微波遥感是遥感技术的发
展方向，本章内容包括高光谱遥感，多角度遥感
和微波遥感。
重点：
高光谱遥感的原理与本质，双向反射的概念
、模型和反演方法，微波遥感的特性、侧视雷达
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
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② 高光谱遥感的应用
●在植被研究中的应用
高光谱遥感在植物生态学研究中主要涉及
以下几个方面：植物群落、种类的识别、冠层
结构、状态或活力的评价、冠层水文状态的评 价和冠层生物化学成分的估计。
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
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① 高光谱遥感的基本概念
成像光谱系统获得的连续波段宽度一般在
10nm以内，这种数据能以足够的光谱分辨率区
分出那些具有诊断性光谱特征的地表物质。
应用高光谱分辨率数据也能将混合矿物或 矿物像元中混有植被光谱的情形，在单个像元 内计算出各种成分的比例。
第9章 高光谱与微波遥感
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
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③ 高光谱遥感的发展前景
与此同时， NASA 计划发射试验卫星 EO— 1 ，携带 Hyperion( 高光谱成像仪 ) 、 ALI( 先进的 陆地成像仪)等高光谱传感器和大气纠正仪 (Atmospheric Corrector)。这些计划的最终目的 是评价各种地球系统过程，包括水文过程、生 物地球化学过程、大气过程及固体地球过程。