高光谱遥感成像系统
高光谱成像系统研究报告
高光谱成像系统研究报告一、高光谱成像系统是啥玩意儿呢？嗨，小伙伴们！今天咱们来唠唠高光谱成像系统。
这个东西啊，可神奇啦。
简单来说呢，它就像是给物体拍超级详细的照片的一个厉害家伙。
它可不是普通的相机哦。
普通相机呢，只能拍出物体的外貌啥的，但是高光谱成像系统能把物体的光谱信息都给拍出来呢。
比如说，一个苹果，它能知道苹果表面不同地方的光谱是啥样的，就像能看到苹果内部的一些秘密一样。
这对很多研究和实际应用都超级有用呢。
二、高光谱成像系统的组成部分这里面有好多重要的部件哦。
1. 光源这就像是给整个拍照过程打光的小助手。
没有光源，那可啥都拍不了啦。
光源的种类还挺多的，有的是专门为了适应不同的环境和拍摄对象而设计的。
比如说，有些光源在拍摄植物的时候会有特别的光照效果，能让植物的光谱特征更明显地显示出来。
2. 成像光谱仪这个可是核心部件呢。
它就像一个超级智能的眼睛，能够把光分解成不同的光谱，然后再把这些光谱信息记录下来。
它的精度非常高，能够区分出很细微的光谱差异。
3. 探测器探测器的任务就是接收成像光谱仪分解出来的光谱信号，然后把这些信号转化成我们可以看到和分析的数据。
它就像是一个小翻译官，把光信号变成我们能理解的数据语言。
三、高光谱成像系统的应用这个系统的应用那可真是五花八门呢。
1. 农业领域在农业里，它能帮农民伯伯们大忙啦。
比如说检测农作物的病虫害。
正常的农作物和有病虫害的农作物光谱是不一样的。
高光谱成像系统就能发现这些不同，早早地告诉农民伯伯哪里的农作物生病了，该怎么治疗。
还能检测农作物的营养状况呢，就像一个农作物的健康小卫士。
2. 环境监测对于环境监测来说，它也是个得力助手。
比如说检测水体污染。
不同污染程度的水光谱不一样，通过高光谱成像系统就能知道哪片水域被污染了，污染的程度是多少。
还能监测大气中的污染物呢，帮助我们保护我们的环境。
3. 医学领域在医学上也有它的用武之地哦。
它可以对人体组织进行分析，比如说检测肿瘤。
无人机高光谱遥感平台研究进展与应用
无人机高光谱遥感平台研究进展与应用第一篇范文无人机高光谱遥感平台作为一种新兴的遥感技术，近年来在我国得到了广泛的研究和应用。
它通过搭载高光谱传感器，能够获取地物反射、辐射和散射的光谱信息，为地表覆盖分类、资源调查、环境监测等方面提供了有力支持。
本文将梳理无人机高光谱遥感平台的研究进展与应用情况，以期为相关领域的研究和实践提供参考。
一、无人机高光谱遥感平台的研究进展1. 平台技术无人机高光谱遥感平台技术主要包括无人机飞行器技术、高光谱传感器技术、数据处理与分析技术等。
近年来，我国在高光谱遥感领域取得了一系列关键技术突破，如高光谱成像光谱仪、激光雷达、多角度成像等，为无人机高光谱遥感平台的研究提供了有力保障。
2. 数据处理与分析无人机高光谱遥感数据处理与分析主要包括数据预处理、辐射校正、大气校正、水汽校正、光谱分类、光谱重建等。
我国科研团队在高光谱数据处理与分析方面取得了显著成果，开发了一系列具有自主知识产权的高光谱数据处理软件。
二、无人机高光谱遥感平台的应用1. 地表覆盖分类无人机高光谱遥感平台在地表覆盖分类方面具有显著优势，可以实现对农田、森林、水体、城市等多种地物的精确识别。
通过对高光谱数据的处理与分析，可以获取地物的光谱特征，从而实现地表覆盖的精细分类。
2. 资源调查无人机高光谱遥感平台在资源调查方面具有广泛应用前景。
例如，在矿产资源调查中，可以通过分析高光谱数据中的光谱特征，识别出矿物的种类和分布；在农业资源调查中，可以监测作物生长状况、估测产量等。
3. 环境监测无人机高光谱遥感平台在环境监测领域具有重要作用。
例如，可以通过分析高光谱数据，监测大气污染、水体污染、土壤侵蚀等环境问题，为环境保护和治理提供科学依据。
4. 灾害监测与评估无人机高光谱遥感平台在灾害监测与评估方面具有显著优势。
例如，在地震、洪水、干旱等自然灾害发生时，可以通过高光谱数据实时获取受灾地区的地表状况，为灾害救援和恢复提供支持。
光学选修课结课论文：高光谱成像系统
高光谱成像系统人眼是人类认识外部世界的重要器官，它给我们带了很多的方便。
但是，它并非完美。
有些它本身的局限，如它对外部世界的描述相当于一个积分器，是一个整体的感知。
不能够对各波段光的分布情况显示。
现实生活中，我们恰恰需要对某件物品或者某个整体进行光谱分析从而研究其各部分的理化性质。
那么，多光谱成像仪和高光谱成像仪便应运而生。
多光谱成像技术和高光谱成像技术是有较大区别的。
高光谱和多光谱实质上的差别就是：高光谱的波段较多，谱带较窄。
多光谱相对波段较少。
这里就浅显地介绍高光谱成像系统。
高光谱成像技术是基于非常多窄波段的影像数据技术，它将成像技术与光谱技术相结合，探测目标的二维几何空间及一维光谱信息，获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据。
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。
高光谱成像技术是基于非常多窄波段的影像数据技术，它将成像技术与光谱技术相结合，探测目标的二维几何空间及一维光谱信息，获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据。
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。
下面将分条介绍。
一、光栅分光原理。
在经典物理学中，光波穿过狭缝、小孔或者圆盘之类的障碍物时，不同波长的光会产生不同程度的弯散传播，再通过光栅进行衍射分光，形成一条条谱带。
也就是说：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。
高光谱遥感的传感器是成像光谱仪ImagingSpectrometer
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
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
RS
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
RS
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
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
RS
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
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
高光谱成像在遥感中的应用
高光谱成像在遥感中的应用1. 引言遥感技术是通过对地球表面的光谱、热力、电磁辐射等信息进行测量和分析，从而获取地表信息的一种手段。
高光谱成像是遥感技术中的一项重要技术，它能够获取被观测物体在数百个连续的光谱波段上的信息。
本文将探讨高光谱成像在遥感中的应用及其优势。
2. 高光谱成像的原理高光谱成像利用一个连续的光谱范围，将被观测物体的反射、辐射或发射光谱信息以光谱图像的形式记录下来。
相比于传统的彩色图像，高光谱图像包含了更丰富的光谱信息，能够提供更多种类的地表特征。
高光谱成像技术主要依赖于高光谱成像仪器，其通过分光光栅将光分成不同的波段，然后通过具有高灵敏度和高空间分辨率的光学传感器捕捉每个波段的图像。
3. 高光谱成像在地质勘探中的应用地质勘探是指通过对地质构造、矿产资源等进行调查和研究的一种手段。
传统的地质勘探通常依赖于地质样品的采集和实地勘探，而高光谱成像技术能够通过对地表光谱数据的分析，准确识别出不同的地质类型。
例如，高光谱成像可以用于矿产资源的预测和探测，通过识别不同波长下矿物质的光谱特征，可以定量地评估矿床分布和矿床类型。
此外，高光谱成像还可以用于确定地下水资源的分布情况，为地下水的开发利用提供信息支持。
4. 高光谱成像在农业中的应用农业是一个多因素综合作用的复杂系统，对农作物的监测和管理需要全面的信息支持。
高光谱成像技术可以通过对农田的高光谱图像进行分析，提供精准的作物信息。
例如，高光谱成像可以用于农作物的远程监测和应力识别。
通过分析不同波段下植被的光谱反射率，可以测量植被的生理指标，如叶绿素含量、叶面积指数等，进而判断作物生长状态和营养状况。
此外，高光谱成像还可以用于病虫害的预警和监测，通过识别不同病虫害对植物的光谱特征影响，及时发现问题并采取措施。
5. 高光谱成像在环境监测中的应用环境监测是指对环境污染、资源利用和环境质量等进行监测和评价的活动。
高光谱成像技术具有高灵敏度和高空间分辨率的特点，可以对大范围的地区进行高精度的环境监测。
基于轻小型无人直升机平台的高光谱遥感成像系统_葛明锋
第44卷第11期红外与激光工程2015年11月Vol.44No.11Infrared and Laser Engineering Nov.2015基于轻小型无人直升机平台的高光谱遥感成像系统葛明锋1,2，亓洪兴1，王义坤1,2，王雨曦1,2，马彦鹏1,2，蔡能斌3，舒嵘1(1.中国科学院上海技术物理研究所空间主动光电技术重点实验室，上海200083；2.中国科学院大学，北京100049；3.上海市现场物证重点实验室，上海200083)摘要：设计并实现了一套基于轻小型直升无人机的高光谱遥感成像系统。
该系统包括高光谱成像，采集存储，姿态和位置测量及地面监视控制等部分。
在烟台和扬州分别进行了两次飞行实验，获取了高分辨率的高光谱数据。
分析了该系统在无人机平台上工作的性能。
对实验数据分析后，发现平台姿态和位置的变化对地物目标的光谱信息无明显的影响，但对几何特性有明显影响，实验中平台的振动导致图像在横向有4个像元的抖动。
最后利用POS数据对图像数据进行了几何校正，并分析了校正误差的来源。
关键词：遥感技术；轻小型无人直升机；高光谱成像；几何校正中图分类号：P237文献标志码：A文章编号：1007-2276(2015)11-3402-06Hyperspectral imaging remote sensing technology based on lightweight unmanned helicopter platformGe Mingfeng1,2,Qi Hongxing1,Wang Yikun1,2,Wang Yuxi1,2,Ma Yanpeng1,2,Cai Nengbin3,Shu Rong1(1.Key Laboratory of Space Active Opto-Ei Electronics Technology CaS,Shanghai Institute of Technical Physics,Chinese Academy of Sciences,Shanghai200083,China;2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing100049,China;3.Shanghai Key Laboratory of Scene Evidence,Shanghai200083,China)Abstract:A set of hyperspectral imaging remote sensing instruments was designed and completed.The system included hyperspectral imaging subsystem,data acquired and storage subsystem,monitoring and controlling on ground subsystem and position and orientation subsystem.To validate the performance of this system,a serial of experiments had been made in Yantai and Yangzhou,high geometric resolution hyperspectral data was acquired.After analyzing the spectral characterization and geometric characterization of the acquired data,the results show that the position and orientation of unmanned helicopter have no distinct effect on spectral characterization,but the shake of motor of unmanned helicopter results in4pixels dither of the image in roll in the experiment.Finally,the geometric information of the hysperspectral data was corrected with the data of position and orientation subsystem and the error of the geometric correction was analyzed.Key words:remote sensing technology;light weight unmanned helicopter;hyperspectral imaging;geometric correction收稿日期：2015-03-05；修订日期：2015-04-03基金项目：国家863计划(2012AA121103)作者简介：葛明锋(1987-)，男，博士生，主要从事无人机载遥感方面的研究。
无人机载高光谱成像光学成像系统研究西安工业大学
无人机载高光谱成像光学成像系统研究1.研究背景及意义光谱是光的强度随波长的分布记录，利用光谱技术研究目标结构及其特性，通过获取光的反射、吸收和散射信息获得与目标相关的结构、组成成分等信息已经成为目标探测的一种重要手段。
成像技术则是通过获取目标的空间信息来研究目标空间特性的技术。
这两个独立的技术在各自的领域里已有数百年的发展历史，直到上个世纪八十年代，随着遥感技术的兴起，空间探测和地表探测一时成为科学界研究的热点，光谱技术和成像技术的有效融合开始受到科学届的广泛关注。
单纯的地表空间信息或者地表光谱信息已无法满足对地探测的要求，希望能够同时得到包含地表空间信息和光谱信息的迫切需求促进了成像技术和光谱技术的结合，催生出了成像光谱技术。
根据光谱分辨率的不同，成像光谱系统可以分为多光谱成像系统(multi-spectral，MSI)，高光谱成像系统(hyper-spectral，HSI)和超高光谱成像系统(ultra-spectral，USI)1]。
不同系统参数如表1.1所示。
表1.1 光谱成像系统的分辨率参数多光谱成像系统诞生于成像光谱技术发展的早期，主要用于地带分类等领域。
随着对成像光谱系统分辨率要求的不断提高，慢慢发展出了光谱分辨率更高的高光谱成像系统和超高光谱成像系统。
而超高光谱成像系统由于其超高的光谱分辨率通常用于大气微粒探测等精细探测领域。
高光谱成像系统则被广泛用于矿物勘探、农林资源调查、环境监控以及城市规划等诸多领域，是应用最为广泛的一类光谱成像系统[2]。
另外，成像光谱系统的搭载平台仍以地面、卫星和载人航天飞机为主。
虽然这些搭载平台在成像光谱系统的应用过程中发挥了重要作用，但由于缺少灵活性和使用成本过高，这些搭载平台也限制了高光谱成像系统的使用范围。
对于近年来发展起来的环境保护、灾害检测和精细农业等领域，常规的地面、卫星和高空航空遥感平台都难以发挥良好的效果。
随着近些年轻小型无人机技术的不断发展，灵活性高、使用成本低的优点使得低空无人机遥感平台为这些特殊需求提供了新的技术途径，未来势必会成为众多小区域范围、危险地域或应急动态调查区域等常规遥感平台难以发挥良好效果环境下的最佳选择。
高光谱成像系统组成和成像原理
高光谱成像系统组成和成像原理
高光谱成像系统是一种能够获取物体高分辨率光谱信息的成像技术。
它由多个组件构成，并且基于特定的成像原理工作。
高光谱成像系统的组成一般包括以下部分：
1. 光源：提供照明物体的光线，通常使用可见光或近红外光。
2. 分光器：将入射光分解成不同波长的光，并将其投射到物体上。
3. 成像传感器：用于捕捉物体反射或透射的光信号，并将其转换为数字信号。
4. 计算机：用于处理和分析获取到的高光谱数据。
5. 软件：对数据进行处理、分析和可视化的工具。
高光谱成像的原理是通过对物体在不同波长下的反射或透射光谱进行测量，从而获得物体的光谱特征信息。
系统中的分光器将光源发出的光分解成一系列狭窄的波长带，每个波长带对应一个特定的光谱通道。
这些光谱通道同时照射到物体上，物体对不同波长光的反射或透射程度不同，从而形成了物体的高光谱图像。
高光谱图像包含了丰富的光谱信息，通过对这些信息的分析，可以获得物体的化学成分、物理结构和特征等信息。
高光谱成像技术在农业、环境监测、地质勘探、医疗诊断等领域有广泛的应用。
需要注意的是，实际的高光谱成像系统可能会根据具体应用和需求而有所差异，但以上描述提供了一般的组成和原理。
2024年高光谱成像系统市场发展现状
2024年高光谱成像系统市场发展现状1. 前言高光谱成像系统是一种集成光学、电子和计算机技术的先进成像技术，通过获取物体在一定范围内多个连续波段的光谱信息，能够对物体进行高精度的检测和分析。
高光谱成像系统在农业、环境、遥感等领域有着广泛应用的前景。
本文将就高光谱成像系统市场的发展现状进行分析。
2. 市场规模与增长高光谱成像系统市场在过去几年中呈现出持续的增长趋势。
根据市场调研机构的数据显示，全球高光谱成像系统市场在2019年达到了XX亿美元的规模，并预计2025年将增长至XX亿美元，年复合增长率约为X%。
这一市场的稳步增长主要得益于高光谱成像技术在农业、环境和资源勘探等领域的广泛应用。
3. 应用领域3.1 农业在农业领域，高光谱成像系统可以通过对农田进行精确检测，实现对土壤质量、植物健康和作物生长状态等的远程监测与评估。
高光谱成像技术可以检测作物的叶绿素含量、氮含量、水分胁迫等指标，从而实现精准施肥和灌溉，提高农作物的产量和质量。
3.2 环境高光谱成像系统在环境监测和研究中也具有重要应用。
通过高光谱成像技术，可以实时监测大气污染物浓度、水体质量、土壤污染等环境参数，提供科学依据和数据支持，用于环境保护和治理。
3.3 资源勘探高光谱成像系统在资源勘探领域有着广阔的应用前景。
它可以通过对地表进行高速扫描，获取地质、矿藏等信息，为资源勘探提供重要的数据支持。
高光谱成像技术在油气勘探、矿山勘探等领域具有独特优势，可以提高勘探效率和准确性。
4. 市场主要参与者目前，全球高光谱成像系统市场的竞争格局较为分散，主要的市场参与者包括：•公司A：公司A是一家领先的高光谱成像系统制造商，其产品覆盖了农业、环境和资源勘探等多个领域，具有较高的市场份额和品牌影响力。
•公司B：公司B专注于高光谱成像技术的研发和创新，在市场上享有较高的声誉，并拥有多项专利技术。
•公司C：公司C是一家新兴的高光谱成像系统供应商，通过持续创新和市场拓展，逐渐蚕食了市场份额。
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
高光谱遥感
高光谱遥感是高光谱分辨率遥感（Hyperspectral Remote Sensing）的简称。
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（Lillesand & Kiefer 2000）。
其成像光谱仪可以收集到上百个非常窄的光谱波段信息。
简介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。
高光谱遥感的出现是遥感界的一场革命,它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。
发展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；而光谱分辨率在λ/100的遥感信息称之为高光谱遥感(HyPerspectral)；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。
我国高光谱遥感的发展遥感对地观测要解决的两个重要问题，一是几何问题，二是物理问题。
前者正是摄影测量的目标，后者则要回答观测的对象是什么？这就是遥感问题。
图像和光谱是人们在纷繁的大千世界中认识事物，以至识别所要寻求的对象最重要的两种依据。
图像为解决地物的几何问题提供了基础，光谱往往反映了地物所特有的物理性状。
现代遥感技术的发展，使得地物的成像范围不仅延伸到人们不可见的紫外和红外波长区，而且可以在人们需要的任何波段独立成像或连续成像。
高光谱遥感的光谱分辨率高于百分之一波长达到纳米(nm)数量级，其光谱通道数多达数十甚至数百。
高光谱或成像光谱技术就是将由物质成分决定的地物光谱与反映地物存在格局的空间影像有机地结合起来，对空间影像的每一个像素都可赋予对它本身具有特征的光谱信息。
遥感影像和光谱的合一，实现了人们认识论中逻辑思维和形象思维的统一，大大提高了人们对客观世界的认知能力，为人们观测地物、认识世界提供了一种犀利手段，这无疑是遥感技术发展历程中的一项重大创新。
高光谱遥感 第二讲
（1） 高光谱分辨率
ZB/HRS/IRSA/CAS 2005 ZB/HRS/IRSA/CAS 2005
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
成像辐射计
成成像像光光谱谱 辐辐射射计计
光谱信息 （光谱仪）
光谱辐射计
辐射信息 （辐射计）
FOV
ZB/HRS/IRSA/CAS 2005
2.1 基本概念
（9）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 VN
=
D02ωτ aτ 0 Dλ∗ 4 AD ∆f
X T ∆T
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，
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。
ZB/HRS/IRSA/CAS 2005
2.5 成像光谱仪的空间成像方式
（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。
τ
为大气的平均透过率，
a
τ
为光学系统的平均透过率。
0
Dλ∗探测器的探测率，
AD为探测器的光敏面，
∆f为系统电子学噪声带宽。
XT 为光谱段积分 ΔT为时间积分
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）
2高光谱遥感成像系统
传统传感器的分辨率
TM图象
SPOT图象
ROSIS图象 PHI图象
特点2：图谱合一
特点3：波段多，在某一个波段范围连续成像
三.高光谱遥感图象数据表达
成像光谱图象相对于其他一般遥感图象的主要优势在 于：除了拥有二维的平面图之外，更包含了光谱维， 从而蕴涵了丰富的图象及光谱信息。
为了给用户一个直观和形象的认识，通常我们在二维 图象信息的基础上，添加光谱维，形成一个三维的坐 标空间。
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。
历史发展
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。
高光谱遥感的成像包括空间维成像和光谱维成像。
时间
噪声
输出图像
探测器
通道1
+
通道2
+
场景
通道K
+
了解两个概念：
视场角：仪器在空中所扫描的角度，它决定 了地面的扫描幅宽。
凝视时间：仪器视场角扫过地面单元所持续 的时间。凝视的时间越长，进入探测器的能 量越多。光谱响应和图像的信噪比越高。
空间维成像
80年代早期高光谱航天成像光谱仪
AVIRIS
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。
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OXY平面：与传统的图象平面相同，表示黑白单波 段图象，反应一个波段的信息。
OXZ平面：y方向的光谱切面 OYZ平面：x方向的光谱切面
它们代表一条直线上的光谱信息。
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Envi里面的实践环节
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。
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、
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）。
1）摆扫型成像光谱仪 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，其中线列探测器完成 每个瞬时视场像元的光谱维获取。
成像光谱仪由探测器360度摇摆，飞机向前运动，形成 二维空间成像。如：OMIS AVIRIS等
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2）推扫型成像光谱仪 推扫型成像光谱仪采用一个垂直于运动方向的面 阵探测器，在飞行平台向前运动中完成二维空间 扫描。成像光谱仪的扫描方向就是遥感平台运动 的方向如：PHI，CASI等
+
通道2
+
场景
通道K
+
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了解两个概念： 视场角：仪器在空中所扫描的角度，它决定
了地面的扫描幅宽。 凝视时间：仪器视场角扫过地面单元所持续
的时间。凝视的时间越长，进入探测器的能 量越多。光谱响应和图像的信噪比越高。
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空间维成像
通过飞行平台的平动和飞行平台上成像光谱仪的工作 模式来决定，常用的工作模式为摆扫型和推扫型。
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2）干涉成像光谱仪
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五、高光谱成像光谱仪
1）航空成像光谱仪
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。
GR = 2*tan(IFOV/2)*H
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时间分辨率：对同一地点进行遥感采样的时 间间隔，即采样时间的频率。
信噪比（SNR）：signal to noise ratio,遥感 器采集的信号和噪声之比。信噪比的高低直 接影响了图像分类和图像识别等处理效果。
在实际应用中，空间分辨率和光谱分辨率以 及信噪比是相互制约的，两种分辨率的提高 都会降低信噪比，那么必须综合考虑这三个 方面的指标，进行取舍。
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二.成像光谱仪的特点
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的光谱测量，因此它是光谱成像的，与 传统多光谱遥感相比，其波段不是离散的而是连续的，因此从 它的每个像元均能提取一条光滑而完整的光谱曲线，如图所 示。成像光谱仪解决了传统科学领域“成像无光谱”和“光谱
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5.澳大利亚ARIES卫星
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6.日本ADEOS卫星
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其他大气环境探测专用航天成像光谱仪
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Hale Waihona Puke 六、我国成像光谱仪的发展1）航空成像光谱仪
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。
第二章 高光谱成像系统
本章主要介绍传感器技术的发展， 成像光谱仪的特点，高光谱遥感图像数 据表达，光谱成像方式以及常见的高光 谱仪。
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一.遥感传感器成像技术的发展
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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。
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光谱维成像
主要是由棱镜，光栅进行色散型成像，探测 器将反射光收集到物镜后，再进行分光，所 有光谱分布同时进行输出。 摆扫式：是利用线阵式扫描 推扫式：是利用面阵式扫描，一次性扫描多 个排成一行的像元。 另外的光谱成像形式包括：干涉型，滤光型 等
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光谱维成像
介绍两种最常见的成像方式 1）棱镜、光栅色散型成像光谱仪
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1. MODIS/Terra
中等分辨率成像光谱仪MODIS（moderate resolution Imaging Spectro-radiometer）是美国 宇航局发射的EOS-TERRA和EOS- AQUA卫星上 最重要的星载仪器。
MODIS从可见光到热红外有36个波段，波长覆盖 范围从0.4μm到14.4μm。
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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，美国喷气推进研究室（JPL） 制成机载可见红外成像光谱仪（AVIRIS） 的完整样机。该成像光谱仪可在0.4μm～ 2.45μm的波长范围获取224个连续的光谱 波段图像。波段宽度10nm。当飞机在20km 高空飞行 时，图像地面分辨率可达20m。
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。
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EO-1中的三台主载荷分别为先进陆地成像仪 （Advanced Land Imager，ALI），高光谱成像仪 （Hyperion）以及高光谱大气校正仪（Linear etalon imaging spectrometer array Atmospheric Corrector，LAC）。
其中Hyperion用于地物波谱测量和成像、海洋水 色要素测量以及大气水汽/气溶胶/云参数测量等， 其性能比EOS Terra卫星上的MODIS要好的多。
Terra卫星上的另外一个传感器是热辐射及反 射探测器（ASTER），获取的数据广泛地应 用与反演陆面温度、比辐射率、反射率以及高 程信息等。
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2、Hyperion/EO-1
地球观测1号（Earth Observing-1）卫星系统 在2000年发射。
地球观测1号卫星将与LandSat-7覆盖相同的地 面轨道，两颗卫星对同一地物目标以几乎相同 的时间进行观测，从而可以对LandSat-7中的 ETM＋及EO-1中的三台主载荷获取的数据进 行对比。
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四.光谱成像的方式
完成成像方式是一个集探测技术，精密光学机械，微弱信 号探测，计算机技术及信息处理技术等为一体的综合性技 术。其中硬件技术的成熟会不断推动成像光谱技术的提高， 因此有必要对于成像光谱的硬件技术进行了解。
高光谱遥感的成像包括空间维成像和光谱维成像。
时间
噪声
输出图像
探测器
通道1
Bandwidth
(NM)
10
10 10 10 10 10
10
7.5
10
7.5 3.75 15 20 10 10
Potential Applications
Yellow substance and detrital pigments Chlorophyll absorption maximum Chlorophyll and other pigments Suspended sediment, red tides Chlorophyll absorption minimum Suspended sediment Chlorophyll absorption and fluorescence Chlorophyll fluorescence peak Fluo. Reference, atmospheric corrections Vegetation, cloud Oxygen absorption R-branch Atmosphere corrections Vegetation, water vapour reference Atmosphere corrections Water vapour, land
aviris data
/html/aviris.freedata.html
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近年来，有代表性的新产品
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热红外成像光谱仪
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几种常见的航空高光谱成像仪
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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。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。
MODIS的两个通道空间分辨率可达250 m，5个通 道为500 m，29个通道为1000 m，可同时获取地 球大气、海洋、陆地、冰川雪盖等多种环境信息， 有助于建立有关大气、海洋和陆地的动态模型， 以及建立预测全球变化的模型。