高光谱遥感的发展.ppt

1999年美国地球观测计划（EOS）的Terra综合平台上的中分辨率 成像光谱仪（MODIS），欧洲环境卫星（ENVISAT）上的MERIS， 以及欧洲的CHRIS卫星相继升空，宣告了航天高光谱时代的来临。
13Biblioteka 1415我国高光谱发展 航空：
80年代，研制和发展了新型模块化航空成像光谱仪（MAIS）。这 一成像光谱系统在可见—近红外—短波红外—热红外多光谱扫描 仪集成使用，从而使其总波段达到70—72个。
高光谱遥感技术已经成为当前遥感领域的前沿 技术。
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高光谱遥感发展历史： 国外机载：
20世纪80年代兴起的新型对地观测技术——高光谱遥感技术，始 于成像光谱仪(Imaging Spectrometer)的研究计划。该计划最早由 美国加州理工学院喷气推进实验室（Jet Propulsion Lab，JPL） 的一些学者提出。
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仪器发展：从多光谱到高光谱遥感技术需要仪器的同步发展。使 用200个连续的波段，每个波段的光谱分辨率在10nm左右，这就 是高光谱的成像技术。
现在光谱成像技术已经发展到超光谱时代（Ultraspectral Imaging），比如，它使用的是空间发射光谱仪（Atmospheric Emission Spectrometer， AES）， 这个超光谱成像仪在红外波段 就能产生数千个波带，分辨率高达1/cm。
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高光谱遥感的特点
一般认为，光谱分辨率在10-1λ数量级范围内的 遥感称为多光谱(Multi-spectral)遥感，光谱分 辨率在10-2λ数量级范围内的遥感称为高光谱 (Hyper-spectral)遥感，光谱分辨率在10-3λ数 量级范围内的遥感称为超光谱(Ultra-spectral) 遥感。
高光谱仪器的研制成功，为中国遥感科学家提供了新的技术手段。 通过在我国西部干旱环境下的地质找矿试验，证明这一技术对各 种矿物的识别以及矿化蚀变带的制图十分有利，成为地质研究和 填图的有效工具。
此后，中国又自行研制了更为先进的推帚式成像光谱仪（PHI）和 实用型模块化成像光谱仪（OMIS）等。
新的成像光谱系统不仅继续在地质和固体地球领域研究中发挥作 用，而且在生物地球化学效应研究、农作物和植被的精细分类、 城市地物甚至建筑材料的分类和识别方面都有很好的结果。
在此后，许多国家先后研制了多种类型的航空成像光谱仪。如加 拿大的FLI、CASI，德国的ROSIS，澳大利亚的HyMap等。
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国外星载：
在经过航空试验和成功运行应用之后，90年代末期终于迎来了高 光谱遥感的航天发展。
全球第一个星载高光谱成像器于1997年在NASA随着Lewis卫星发 射升空，它包含了384个波段涵盖了400-2500nm波段，不幸的是 这颗卫星控制出现问题，失去了动力，升空一个月后就偏离了轨 道。
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航天：
2002年3月在我国载人航天计划中发射的第三艘试验飞船“神舟三号” 中，搭载了一台我国自行研制的中分辨率成像光谱仪。这是继美国 EOS计划MODIS之后，几乎与欧洲环境卫星（ENVISAT）上的 MERIS同时进入地球轨道的同类仪器。它在可见光到热红外波长范围 （0.4-12.5μm）具有34个波段。
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 多光谱成像（Multispectral imaging）。 1980年高光谱成像技术（Hyperspectral Imaging）诞生了，它最早 是机载的成像光谱仪（Airborne Imaging Spectrometer），如今已 拓展到先进的可见和红外成像光谱仪（AVIRIS），这两种最早都诞 生在NASA的JPL中心（NASA：美国国家航天航空管理局）。
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常规遥感的局限
波段太少 光谱分辨率太低 波段宽一般>100nm 波段在光谱上不连续，不能覆盖整个可见光至
1983年，世界第一台成像光谱仪AIS－1在美国研制成功，并在矿 物填图、植被生化特征等研究方面取得了成功，初显了高光谱遥 感的魅力。
在美国宇航局（NASA）的支持下，相继推出了系列成像光谱仪产 品。如：机载航空成像光谱仪（AIS）系列；航空可见光/红外成 像光谱仪（AVIRIS）；高分辨率成像光谱仪（HIRIS）等。
➢ 成像光谱仪为每个像元提供数十个至数百个窄波段的光谱信息，每个 像元都能产生一条完整而连续的光谱曲线。这就是高光谱遥感与常规 遥感的主要区别。
➢ 如一个TM波段内只记录一个数据点，而航空可见光/红外光成像光谱 仪(AVIRIS)记录这一波段范围内的光谱信息用10个以上数据点。
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成像光谱技术则把遥感波段从几个、几十个推 向数百个、上千个。高光谱遥感数据每个像元 可以提供几乎连续的地物光谱曲线，使我们利 用高光谱反演陆地细节成为可能。
2007年10月24日我国发射的“嫦娥-1”探月卫星上，成像光谱仪也作 为一种主要载荷进入月球轨道。这是我国的第一台基于富里叶变换的 航天干涉成像光谱仪，它具有光谱分辨率高的特点。
2008年发射的环境与减灾小卫星（HJ-1）星座中，也搭载一台工作在 可见光—近红外光谱区（0.45—0.95μm）、具有128个波段、光谱分 辨率优于5nm的高光谱成像仪。它将对广大陆地及海洋环境和灾害进 行不间断的业务性观测。
第一章 高光谱遥感概论
成像技术：
全色（黑白）--彩色摄影—多光谱扫描成像—高光谱遥感 1960年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，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。 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、
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概念：
基本概念：高光谱分辨率遥感是利用成像光谱仪获得感兴趣的物体很 窄的（通常波段宽度<10nm）、完整而连续的光谱数据。
高光谱遥感技术，始于成像光谱仪(Imaging Spectrometer)的研究计 划，它的发展得益于卫星技术、传感器技术以及计算机技术的高速发 展。