1、高光谱遥感高光谱遥感v高光谱遥感：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。状态及动态变化的新型光学遥感技术。 v多光谱遥感多光谱遥感（Multirspe
2、ctral Remote Sensing），），光谱分光谱分 辨率为波长辨率为波长的的1/10数量级范围（几十个至几百个数量级范围（几十个至几百个nm）；）；v 高光谱遥感高光谱遥感（Hyperspectral Remote Sensing）, 光谱分辨率为波长光谱分辨率为波长的的1/100数量级范围（几个数量级范围（几个nm）；）；v 超光谱遥感超光谱遥感（Ultraspectral Remote Sensing），），光谱分辨率为波长光谱分辨率为波长的的1/1000数量级范围（数量级范围（0.2-1nm）。）。一、高光谱遥感概念一、高光谱遥感概念图图 物质的内部状态原理图物质的内部状态原理
3、图地物波谱的产生地物波谱的产生二、高光谱遥感的基本原理二、高光谱遥感的基本原理 成像光谱学：成像光谱学：八十年代开始八十年代开始建立，在传统光谱学基础上，建立，在传统光谱学基础上，将传统的光谱学和成像技术结将传统的光谱学和成像技术结合起来，在电磁波的紫外、可合起来，在电磁波的紫外、可见光、近红外和中红外区域，见光、近红外和中红外区域，获取许多非常窄且光谱连续的获取许多非常窄且光谱连续的图像数据的技术。这种技术设图像数据的技术。这种技术设计出的新型遥感仪器，叫成像计出的新型遥感仪器，叫成像光谱仪光谱仪。成像光谱仪通常以上成像光谱仪通常以上百个光谱通道连续记录影像数百个光谱通道连续记录影像数据。据
4、。二、高光谱遥感的基本原理二、高光谱遥感的基本原理高光谱分辨率高光谱分辨率(成像光谱成像光谱)遥感遥感: 将成像光谱将成像光谱技术应用于遥感，对于一个给定的观察区域技术应用于遥感，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，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
5、的遥感领域称作为高光以，人们把由此产生的遥感领域称作为高光谱遥感谱遥感。与此相对应，有时称常规遥感为宽与此相对应，有时称常规遥感为宽波段遥感波段遥感，以示区别。以示区别。二、高光谱遥感的基本原理二、高光谱遥感的基本原理v 70年代末，美国加州理工学院喷气推进实验室（年代末，美国加州理工学院喷气推进实验室（JPL） 学者提出。学者提出。v 1983年，世界上第一台成像光谱仪问世，年，世界上第一台成像光谱仪问世，AIS-1 （Airborne Imaging Spectrometer）问世，问世，64波段。波段。 v 1987年，航空可见光年，航空可见光/红外成像光谱仪红外成像光谱仪AVIRIS，
6、224波段波段v 2000年第一台星载高分辨率成像光谱仪年第一台星载高分辨率成像光谱仪 HYPERION升空。升空。v 1991年，中国第一台航空成像光谱仪（年，中国第一台航空成像光谱仪（MAIS）运行运行 三、高光谱遥感器的发展三、高光谱遥感器的发展 第一代成像光谱仪称航空成像光谱仪第一代成像光谱仪称航空成像光谱仪AIS(Airborne Imaging Spectrometer)，64个通道，光谱覆盖范围从个通道，光谱覆盖范围从990nm-2400nm,光谱分辨率光谱分辨率9.3nm。 第二代成像光谱仪称航空可见光、近红外成像光谱仪第二代成像光谱仪称航空可见光、近红外成像光谱仪 AVIRI
7、S(Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer)，224个通道，个通道，光谱范围光谱范围410nm-2450nm，光谱分辨率光谱分辨率10nm。 220波段的星载波段的星载HYPERION（2000年年E0-1卫星携带升空）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（美国第三代成像光谱仪为傅立叶变换高光谱成像仪（美国2000年年7月月MiSat-II卫星携带升空）卫星携带升空） FTHSI( Fourier Transform Hyperspectral Imager) ，256个波段，光谱个波段，光谱范围范围400nm-1050
8、nm，光谱分辨率光谱分辨率2-10nm。 美国：美国： MODIS 、 AVIRIS、 WIS（812波段）、波段）、Hyperion、AIRS AHI（256个热波段）、个热波段）、SEBASS（ 242个热波段）个热波段） 澳大利亚：澳大利亚：Hymap、ARIES、TIPS（100个热波段）个热波段） 加拿大：加拿大： CASI 德国：德国：ROSIS 法国：法国：IMS 芬兰：芬兰：AISA 欧空局：欧空局：CHRIS （2000年年10月月22日日PROBA小卫星）小卫星） 日本：日本：GLI 中国：中国：MAIS、PHI、OMIS-1（10个热波段）、个热波段）、HJ-1（环境灾害
9、小卫星）环境灾害小卫星） 典型的高光谱遥感器典型的高光谱遥感器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信噪比244400850nm1.8nm70扫描率（扫描率（S/s） 5、10、15、20可选可选行像元数行像元数5121024/512数据编码数据编码（bit）12探测器探测器SI、InGaAs、InSb、MCT线列线列Si线列、线列、InGaAs单元、单元、InSb/MCT双色双色 美国美国220波段卫星成像光谱仪（波段卫星成像光谱仪（Hyperion）表表 HyperionHyperion主要技术参数主要技术参数Landsat-7EO-1Terra29 min1 minThree
10、 EOS Morning SatellitesCurrent Alignment 中国的环境与减灾中国的环境与减灾1号卫星高光谱成像仪号卫星高光谱成像仪入瞳入瞳辐射辐射扫描扫描系统系统成象成象光学光学探测探测器器电子电子系统系统A/D转换转换DN输出输出传感器系统传感器系统滤波或色散元件滤波或色散元件平台姿态与运动平台姿态与运动 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（换（A/DA/D）产生遥感影像数值（产生遥感影像数值（DNDN）。遥感器的空间响应、光谱响应和辐射响应决。遥感器的空间响应、光谱
11、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。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。dESEs)()(21bEGEss*),(bdxdydyxEGINTDN 高光谱遥感信息成像机理高光谱遥感信息成像机理 不同遥感器波段对比不同遥感器波段对比 矿
12、物不同传感器上的波谱特点矿物不同传感器上的波谱特点2160-2220 nm优势优势 1：充分利用地物波谱信息资源充分利用地物波谱信息资源五、高光谱遥感技术优势与局限性五、高光谱遥感技术优势与局限性图图 不同波谱分辨率对水铝反射光谱曲线不同波谱分辨率对水铝反射光谱曲线优势优势 2： 利用波形利用波形/精细光谱特征进行分类与识别地物精细光谱特征进行分类与识别地物ParagoniteMuscovitePhengite三种类型的白云母精细光谱特征三种类型的白云母精细光谱特征Al-OH岩石的光谱发射率特征岩石的光谱发射率特征优势优势 3： 利用图利用图-谱实现自动识别地物并制图谱实现自动识别地物并制图
13、局限局限1：海量数据的传输、处理与存储海量数据的传输、处理与存储 128波段的波段的OMIS: 采集数据速率采集数据速率60Mb/s；400Mb/km2局限局限2：易受大气的影响：易受大气的影响局限局限3：波段间相关性强：波段间相关性强主要应用领域主要应用领域地质岩性分类地质岩性分类蚀变矿物识别蚀变矿物识别矿物成分计算矿物成分计算高光谱植被指数高光谱植被指数植被生化成分估算植被生化成分估算土壤水分量估算土壤水分量估算光合有效吸收估算光合有效吸收估算植被压抑监测模型植被压抑监测模型大气污染成分监测大气污染成分监测大气水分含量估算大气水分含量估算水质污染度监测水质污染度监测叶绿素量估算叶绿素量估算悬浮质量估算悬浮质量估算地质勘探地质勘探植物生态调查植物生态调查水质监测水质监测大气环境评价大气环境评价军事应用军事应用反伪装侦察反伪装侦察叶绿素量估算叶绿素量估算
