高光譜遙感技術(shù)的介紹及應(yīng)用

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1、高光譜遙感技術(shù)的介紹及應(yīng)用在20世紀(jì)，人類的一大進(jìn)步是實(shí)現(xiàn)了太空對(duì)地觀測(cè)，即可以從空中和太空對(duì)人類賴以生存的地球通過非接觸傳感器的遙感進(jìn)行觀測(cè)。最近幾十年，隨著空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)等與遙感密切相關(guān)學(xué)科技術(shù)的飛速發(fā)展，遙感正在進(jìn)入一個(gè)以高光譜遙感技術(shù)、微波遙感技術(shù)為主要標(biāo)志的時(shí)代。本文簡(jiǎn)要介紹了高光譜遙感技術(shù)的特點(diǎn)、發(fā)展?fàn)顩r及其在一些領(lǐng)域的應(yīng)用。1高光譜遙感簡(jiǎn)介1.1高光譜遙感概念所謂高光譜遙感，即高光譜分辨率遙感，指利用很多很窄的電磁波波段（通常<10nm）從感興趣的物體獲取有關(guān)數(shù)據(jù)；與之相對(duì)的則是傳統(tǒng)的寬光譜遙

2、感，通常>100nm，且波段并不連續(xù)。高光譜圖像是由成像光譜儀獲取的，成像光譜儀為每個(gè)像元提供數(shù)十至數(shù)百個(gè)窄波段光譜信息，產(chǎn)生一條完整而連續(xù)的光譜曲線。它使本來在寬波段遙感中不可探測(cè)的物質(zhì)，在高光譜中能被探測(cè)。高光譜遙感技術(shù)是近些年來迅速發(fā)展起來的一種全新遙感技術(shù)，它是集探測(cè)器技術(shù)、精密光學(xué)機(jī)械、微弱信號(hào)檢測(cè)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)于一體的綜合性技術(shù)。在成像過程中，它利用成像光譜儀以納米級(jí)的光譜分辨率，以幾十或幾百個(gè)波段同時(shí)對(duì)地表地物像，能夠獲得地物的連續(xù)光譜信息，實(shí)現(xiàn)了地物空間信息、輻射信息、光譜信息的同步獲取，因而在相

3、關(guān)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的發(fā)展前景。1.2高光譜遙感數(shù)據(jù)的特點(diǎn)同其他常用的遙感手段相比,成像光譜儀獲得的數(shù)據(jù)具有以下特點(diǎn):1）、多波段、波段寬度窄、光譜分辨率高。波段寬度<10nm，波段數(shù)較多光譜遙感(由幾個(gè)離散的波段組成)大大增多，在可見光和近紅外波段可達(dá)幾十到幾百個(gè)。如AVIRIS在0.4～214波段范圍內(nèi)提供了224個(gè)波段。研究表明許多地物的吸收特征在吸收峰深度一半處的寬度為20～40nm。這是傳統(tǒng)的多光譜等遙感技術(shù)所不能分辨的(多光譜遙感波段寬度在100～200nm之間)，而高光譜遙感甚至光譜分辨率更高的超光譜

4、遙感卻能對(duì)地物的吸收光譜特征進(jìn)行很好的識(shí)別，這使得過去以定性、半定量的遙感向定量遙感發(fā)展的進(jìn)程被大大加快。另外，在成像高光譜遙感中，以波長(zhǎng)為橫軸，灰度值為縱軸建立坐標(biāo)系，可以使高光譜圖像中的每一個(gè)像元在各通道的灰度值都能產(chǎn)生一條完整、連續(xù)的光譜曲線，即所謂的“譜像合一”，它是高光譜成像技術(shù)的一大特點(diǎn)。2）、由于波段眾多，波段窄且連續(xù)，相鄰波段具有很高的相關(guān)性，使得高光數(shù)據(jù)量巨大(一次獲取數(shù)據(jù)可達(dá)千兆GB級(jí))、相性大，尤其在相鄰的通道間，具有很大的數(shù)據(jù)冗余3）、光譜分辨率高。成像光譜儀采樣的間隔小，一般為10nm左右。精細(xì)的光

5、譜分辨率反映了地物光譜的細(xì)微特征，使得在光譜域內(nèi)進(jìn)行遙感定量分析和研究地物的化學(xué)分析成為可能。4）、空間分辨率較高。相對(duì)于MSS(80m)、TM(30m)和SPOT/HRV的多波段圖像(20m)，目前實(shí)用成像光譜儀有著較高的空間分辨率，加之其高光譜分辨率的特性，使得該種類型的傳感器具有廣闊的應(yīng)用前景。2高光譜遙感的發(fā)展2.1高光譜成像技術(shù)的發(fā)展及傳感器如果把多光譜掃描成像的MSS(multi2spectralscanner)和TM(thematicmapper)作為遙感技術(shù)發(fā)展的第一代和第二代的話，那么高光譜成像(hyper

6、spectralimagery)技術(shù)則是第三代的成像技術(shù)。美國(guó)的成像技術(shù)發(fā)展較早，從20世紀(jì)80年代至今已經(jīng)研制了三代高光譜成像光譜儀。第一代成像光譜儀稱航空成像光譜儀AIS，是由美國(guó)國(guó)家航空和航天管理局(NASA)所屬的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室JPL設(shè)計(jì)，已于1984～1986年裝在NASA的C-130飛機(jī)上使用。這是一臺(tái)裝有二維、近紅外陣列探測(cè)器的實(shí)驗(yàn)儀器，有128個(gè)通道，光譜覆蓋范圍從112～214μm,并在內(nèi)華達(dá)Cuprite地區(qū)的應(yīng)用中取得很好的效果。第二代成像光譜儀稱航空可見光、近紅外成像光譜儀AVIRIS，有224個(gè)通道

7、，光譜范圍為0141～2145μm。每個(gè)通道的波段寬約為10nm，曾放在改裝后的高空U2飛機(jī)上使用，為目前最常用的航空光譜儀之一。基于NASA儀器的成功應(yīng)用及采礦工業(yè)和石油工業(yè)的需求，在AVIRIS之后，地球物理環(huán)境研究公司GE又研制了1臺(tái)64通道的高光譜分辨率掃描儀GERIS。其中63個(gè)通道為高光譜分辨率掃描儀，第64通道是用來存儲(chǔ)航空陀螺信息。該儀器由個(gè)單獨(dú)的線性陣列探測(cè)器的光柵分光計(jì)組成。它與其他儀器的區(qū)別是在不同的光譜范圍區(qū)內(nèi)，通道的光譜寬度是不同的。第三代高光譜成像光譜儀為克里斯特里爾傅立葉變換高光譜成像儀FTHS

8、I，適合在Cessna-206輕型飛機(jī)上使用。它的重量為35kg，采用256通道，光譜范圍為400～1050nm，有2～10nm的光譜分辨率，視場(chǎng)角為150°。在國(guó)內(nèi)，成像光譜儀的研制工作由于跟蹤國(guó)際前沿技術(shù),成像光譜儀的研制已躋身于國(guó)際先進(jìn)行列。先后研制成功了多光譜掃描儀、紅外細(xì)分光譜掃