高光谱成像.PPT课件
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力（Angular Resolving Power）,即仪器的瞬时 视场角（Instantaneous Field of View, IFOV） 决定的。
9
一、高光谱成像的基本概念
4.仪器的视场角 地面扫描幅宽__仪器的视场角（Field of
View，FOV） 仪器的视场角是仪器扫描镜在空中扫过的
12
5.调制传递函数
高光谱成像仪光学成像中既有普通意义上 的光学系统，如望远镜系统、光谱仪系统。也 有如线列光纤狭缝和面阵探测器一类的离散采 样系统。还存在系统之间的耦合等因素。
13
6.信噪比
•
信噪比（Signal Noise Ratio,SNR）是传感
器所采集到的信号和噪声之比，是传感器的一个
极其重要的性能参数。
•
信噪比的高低直接影响图像的分类和图像目
标的识别等处理效果。
•
信噪比与空间分辨率、光谱分辨率是相互制
约的，提高空间分辨率或者光谱分辨率都会降低
信噪比，须综合取舍。
14
7.探测器凝视时间
•
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（dwell time）。
探测器的凝视时间在数值上等于行扫描时间除 以每行的像元个数。
课堂汇报：高光谱成像
1
成像技术的发展
2
实例
3
一、高光谱成像的基本概念 二、成像光谱仪的空间成像方式 三、成像光谱仪的光谱成像方式
4
一、高光谱成像的基本概念
1.光谱仪、成像仪、辐射计之间的关系
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
5
一、高光谱成像的基本概念
探测器的凝视时间长短对成像质量有哪些影响？
凝视时间越长，进入探测器的能量越多， 光谱响应越强，图像信噪比越高。
15
高光谱技术
一、高光谱成像的基本概念 二、成像光谱仪的空间成像方式 三、成像光谱仪的光谱成像方式
16
三、成像光谱仪的空间成像方式
• 空间成像方式与光谱成像方式 • 空间成像方式是指从影像二维空间形 成的角度考察成像光谱仪的工作方式。 • 光谱成像方式是指从光谱维数据形成 的角度考察成像光谱仪的工作方式。
1.摆扫型成像光谱仪
不足
由于采用光机扫描，每 个像元的凝视时间很短，要 进一步提高光谱分辨率和信 噪比比较困难。
22
二、成像光谱仪的空间成像方式
2.推扫型成像光谱仪 • 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。它的空间扫描方向就是 遥感平台运动方向（Along-track Scanning）。
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。
• 电机(Electric Motor) 进 行 360旋转
• 旋转水平轴与遥感平台前 进方向平行
• 扫描镜扫描运动方向与遥 感平台运动方向垂直
19
二、成像光谱仪的空间成像方式
1.摆扫型成像光谱仪
原理
• 光学分光系统形成 色散光源再汇集到探测 器(Detectors)上。这 样成像光谱仪所获取的 图像就具有了两方面的 特性：光谱分辨率与空 间分辨率。
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二、成像光谱仪的空间成像方式
1.摆扫型成像光谱仪
摆扫型(Whisk broom)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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二、成像光谱仪的空间成像方式
1.摆扫型成像光谱仪
原理
• 45斜面的扫描镜 （Rotating Scan Mirror）
• 凝视时间
像元凝视时间仅仅取决于平台运动的地速，因而 凝视时间大大增强。相对于摆扫型成像光谱仪，凝视 时间可提高近千倍。
•空间分辨率和光谱分辨率
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。
27
二、成像光谱仪的空间成像方式
2.推扫型成像光谱仪
7
一、高光谱成像的基本概念
2.光谱分辨率 下图所示，纵坐标（Y轴）为探测器的光谱
响应，它是横坐标（X轴）所代表的波长的函数。 光谱分辨率被严格定义为仪器在达到 50%光谱响 应时的波长宽度。
8
一、高光谱成像的基本概念
3.空间分辨率
• 空间分辨率(Spatial Resolution) 成像光谱仪的空间分辨率是由仪器的角分辨
成像仪
（空间信息）
成像光谱仪
成像辐射仪
光谱仪
（光谱信息）
发射率
光谱辐射仪
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2
8
大理石在不同观测天顶角发射率的变化情况
9
10
11
波长(um)
75 60 45 30 15 0
12
辐射计
（辐射信息）
6
一、高光谱成像的基本概念
2.光谱分辨率 •光谱分辨率（Spectral Resolution） 指探测器在波长方向上的记录宽度，又称波 段宽度（Bandwidth）。
角度，它与系统平台高度决定了地面扫描幅宽 （Ground Swath，GS）
10
4.仪器的视场角
line
GS = 2 . tg(FOV/2) . H
H
11
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。 • 瞬时视场角(IFOV)较小，可以获得较高的空 间分辨率。
23
二、成像光谱仪的空间成像方式
2.推扫型成像பைடு நூலகம்谱仪
原理
• 垂直于运动方向 完成空间维扫描。
24
二、成像光谱仪的空间成像方式
2.推扫型成像光谱仪
原理
• 平行于运动方向 完成光谱维扫描。
25
二、成像光谱仪的空间成像方式
2.推扫型成像光谱仪
26
二、成像光谱仪的空间成像方式
2.推扫型成像光谱仪
优点
20
二、成像光谱仪的空间成像方式
1.摆扫型成像光谱仪
优点
•视场角
可以达到很大的视场角 (FOV可达90度)
•像元配准 像元配准好，不同波段在任 何时刻都凝视同一像元。
•定标
在每个波段只有一个探测器元件需 要定标，增强了数据的稳定性。
•波段范围
进入物镜后再分光， 波段范围可以做得很宽。
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二、成像光谱仪的空间成像方式
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一、高光谱成像的基本概念
4.仪器的视场角 地面扫描幅宽__仪器的视场角（Field of
View，FOV） 仪器的视场角是仪器扫描镜在空中扫过的
12
5.调制传递函数
高光谱成像仪光学成像中既有普通意义上 的光学系统，如望远镜系统、光谱仪系统。也 有如线列光纤狭缝和面阵探测器一类的离散采 样系统。还存在系统之间的耦合等因素。
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6.信噪比
•
信噪比（Signal Noise Ratio,SNR）是传感
器所采集到的信号和噪声之比，是传感器的一个
极其重要的性能参数。
•
信噪比的高低直接影响图像的分类和图像目
标的识别等处理效果。
•
信噪比与空间分辨率、光谱分辨率是相互制
约的，提高空间分辨率或者光谱分辨率都会降低
信噪比，须综合取舍。
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7.探测器凝视时间
•
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（dwell time）。
探测器的凝视时间在数值上等于行扫描时间除 以每行的像元个数。
课堂汇报：高光谱成像
1
成像技术的发展
2
实例
3
一、高光谱成像的基本概念 二、成像光谱仪的空间成像方式 三、成像光谱仪的光谱成像方式
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一、高光谱成像的基本概念
1.光谱仪、成像仪、辐射计之间的关系
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
5
一、高光谱成像的基本概念
探测器的凝视时间长短对成像质量有哪些影响？
凝视时间越长，进入探测器的能量越多， 光谱响应越强，图像信噪比越高。
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高光谱技术
一、高光谱成像的基本概念 二、成像光谱仪的空间成像方式 三、成像光谱仪的光谱成像方式
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三、成像光谱仪的空间成像方式
• 空间成像方式与光谱成像方式 • 空间成像方式是指从影像二维空间形 成的角度考察成像光谱仪的工作方式。 • 光谱成像方式是指从光谱维数据形成 的角度考察成像光谱仪的工作方式。
1.摆扫型成像光谱仪
不足
由于采用光机扫描，每 个像元的凝视时间很短，要 进一步提高光谱分辨率和信 噪比比较困难。
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二、成像光谱仪的空间成像方式
2.推扫型成像光谱仪 • 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。它的空间扫描方向就是 遥感平台运动方向（Along-track Scanning）。
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。
• 电机(Electric Motor) 进 行 360旋转
• 旋转水平轴与遥感平台前 进方向平行
• 扫描镜扫描运动方向与遥 感平台运动方向垂直
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二、成像光谱仪的空间成像方式
1.摆扫型成像光谱仪
原理
• 光学分光系统形成 色散光源再汇集到探测 器(Detectors)上。这 样成像光谱仪所获取的 图像就具有了两方面的 特性：光谱分辨率与空 间分辨率。
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二、成像光谱仪的空间成像方式
1.摆扫型成像光谱仪
摆扫型(Whisk broom)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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二、成像光谱仪的空间成像方式
1.摆扫型成像光谱仪
原理
• 45斜面的扫描镜 （Rotating Scan Mirror）
• 凝视时间
像元凝视时间仅仅取决于平台运动的地速，因而 凝视时间大大增强。相对于摆扫型成像光谱仪，凝视 时间可提高近千倍。
•空间分辨率和光谱分辨率
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。
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二、成像光谱仪的空间成像方式
2.推扫型成像光谱仪
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一、高光谱成像的基本概念
2.光谱分辨率 下图所示，纵坐标（Y轴）为探测器的光谱
响应，它是横坐标（X轴）所代表的波长的函数。 光谱分辨率被严格定义为仪器在达到 50%光谱响 应时的波长宽度。
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一、高光谱成像的基本概念
3.空间分辨率
• 空间分辨率(Spatial Resolution) 成像光谱仪的空间分辨率是由仪器的角分辨
成像仪
（空间信息）
成像光谱仪
成像辐射仪
光谱仪
（光谱信息）
发射率
光谱辐射仪
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2
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大理石在不同观测天顶角发射率的变化情况
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11
波长(um)
75 60 45 30 15 0
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辐射计
（辐射信息）
6
一、高光谱成像的基本概念
2.光谱分辨率 •光谱分辨率（Spectral Resolution） 指探测器在波长方向上的记录宽度，又称波 段宽度（Bandwidth）。
角度，它与系统平台高度决定了地面扫描幅宽 （Ground Swath，GS）
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4.仪器的视场角
line
GS = 2 . tg(FOV/2) . H
H
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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。 • 瞬时视场角(IFOV)较小，可以获得较高的空 间分辨率。
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二、成像光谱仪的空间成像方式
2.推扫型成像பைடு நூலகம்谱仪
原理
• 垂直于运动方向 完成空间维扫描。
24
二、成像光谱仪的空间成像方式
2.推扫型成像光谱仪
原理
• 平行于运动方向 完成光谱维扫描。
25
二、成像光谱仪的空间成像方式
2.推扫型成像光谱仪
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二、成像光谱仪的空间成像方式
2.推扫型成像光谱仪
优点
20
二、成像光谱仪的空间成像方式
1.摆扫型成像光谱仪
优点
•视场角
可以达到很大的视场角 (FOV可达90度)
•像元配准 像元配准好，不同波段在任 何时刻都凝视同一像元。
•定标
在每个波段只有一个探测器元件需 要定标，增强了数据的稳定性。
•波段范围
进入物镜后再分光， 波段范围可以做得很宽。
21
二、成像光谱仪的空间成像方式