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）；
❖ 高光谱遥感（Hyperspectral Remote Sensing）, 光谱分辨率为波长 的1/100数量级范围（几个nm）；
❖ 超光谱遥感（Ultraspectral Remote Sensing），光谱分辨率为波长 的1/1000数量级范围（0.2-1nm）。
二、高光谱遥感的基本原理 地物波谱的产生
图 物质的内部状态原理图
二、高光谱遥感的基本原理
成像光谱学：八十年代开始 建立，在传统光谱学基础上，将 传统的光谱学和成像技术结合起 来，在电磁波的紫外、可见光、 近红外和中红外区域，获取许多 非常窄且光谱连续的图像数据的 技术。这种技术设计出的新型遥 感仪器，叫成像光谱仪。成像光 谱仪通常以上百个光谱通道连续 记录影像数据。
2
滤波或色散元件 传感器系统
Es S()E()d 1
Es ' G * Es b
入瞳 辐射
扫描 系统
成象 光学
探测 器
电子 系统
A/D 转换
DN 输出
平台姿态与运动
DN INT(G E(, x, y)ddxdy b)
• 不同遥感器波段对比
• 矿物不同传感器上的波谱特点
2160-2220 nm
总视场（º）
扫描率（S/s）
行像元数
512
>70 5、10、15、20可选
1024/512
数据编码 （bit）
探测器
12
SI、InGaAs、InSb、 Si线列、InGaAs单元、
MCT线列
InSb/MCT双色
• 美国220波段卫星成像光谱仪（Hyperion）
Three EOS Morning Satellites Current Alignment
220波段的星载HYPERION（2000年E0-1卫星携带升空）
➢ 第三代成像光谱仪为傅立叶变换高光谱成像仪（美国2000年7月MiSatII卫星携带升空）
FTHSI( Fourier Transform Hyperspectral Imager) ，256个波段，光谱 范围400nm-1050nm，光谱分辨率2-10nm。
高光谱遥感
一、高光谱遥感概念
❖高光谱遥感： 即高光谱分辨率成像光谱遥感，是基于高光谱分辨率 超多波段遥感图像与光谱合一的特点，利用地表物质与电磁波的相 互作用及其所形成的光谱辐射、反射、透射、吸收等特征研究地表 物体（包括大气），识别地物类型，鉴别物质成分，分析地物存在 状态及动态变化的新型光学遥感技术。
PHI主要性能指标
பைடு நூலகம்
波段数 光谱范围 采样间隔 光谱分辨率 瞬时视场角 行象元数
244 400~850nm 1.8nm
<5nm
1.5mrad
376
信噪比 ~200
•中国128波段航空成像光谱仪（OMIS-1）
OMIS-I
OMIS-II
总波段数
128
68
光谱范围 光谱分 波段数
光谱范围 光谱分 波段数
二、高光谱遥感的基本原理
高光谱分辨率(成像光谱)遥感: 将成像光谱 技术应用于遥感，对于一个给定的观察区域 中的像素，足以从这些探测的数据中获取所 对应地物的精细光谱特性，通过分析处理， 实现对地物的鉴别及其环境的分析。由于与 常规的多光谱遥感相比，成像光谱数据具有 通道数量多、光谱分辨率高的显著特点，所 以，人们把由此产生的遥感领域称作为高光 谱遥感。与此相对应，有时称常规遥感为宽 波段遥感，以示区别。
五、高光谱遥感技术优势与局限性
优势 1：充分利用地物波谱信息资源
图 不同波谱分辨率对水铝反射光谱曲线
μm
辨率nm
μm
辨率nm
光 谱 0.4-1.1 10 仪
光
谱
64
仪 0.4-1.1 10
64
1.06-1.70 40
16
1.55-1.75
1
2.0-2.5 15
32
2.08-2.35
1
3.0-5.0 250
8
3.0-5.0
1
8.0-12.5 500
8
8.0-12.5
1
瞬时视场
3
(mrad)
1.5/3可选
• 典型的高光谱遥感器
• 美国： MODIS 、 AVIRIS、 WIS（812波段）、Hyperion、AIRS AHI （256个热波段）、SEBASS（ 242个热波段）
• 澳大利亚：Hymap、ARIES、TIPS（100个热波段）
• 加拿大： CASI
• 德国：ROSIS • 法国：IMS • 芬兰：AISA • 欧空局：CHRIS （2000年10月22日PROBA小卫星） • 日本：GLI • 中国：MAIS、PHI、OMIS-1（10个热波段）、HJ-1（环境灾害小卫星）