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。
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）。
GR = 2*tan(IFOV/2)*H
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。
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。
一.遥感传感器成像技术的发展
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。
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Leabharlann 决了传统科学领域“成像无光谱”和“光谱 不成
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。
Envi里面的实践环节
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。
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
2）干涉成像光谱仪
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。
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
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
像”的历史问题。
特点1：高光谱分辨率高
光谱分辨率：遥感器能分辨的最小波长间隔， 是遥感器的性能指标。比如图中纵坐标（y轴） 表示探测器的光谱响应，横坐标（x轴）代表波 长，那么光谱分辨率被定义为仪器达到光谱响 应最大值的50%的波长宽度。
空间分辨率：成像光谱仪的一个瞬间视场，即 在一瞬间遥感系统探测单元所对应的瞬间视场 （IFOV）。IFOV以毫弧度（mrad）计量，其 对应的地面大小被称为地面分辨率单元 （Ground Resolution Cell，GR）它们的关系 为：
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。
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