高光谱成像国内外研究与应用

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1、—1—刖吞随着科学技术的发展，人们的感官得到了延伸，认识事物的能力也不断的提高，其中光谱成像和雷达成像成为其中的佼佼者，高谱和图像使人们能够在大千卅界更好的认识到事物。高光谱成像技术作为一项优点显著，实用的成像技术，从20世纪80年代开始得到了世界各国的重视，经过深入的研究和发展如今己经被广泛地应用于各个领域。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、辐射和光谱三垂信息。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。高光谱成

2、像技术是基于非常多窄波段的影像数据技术，其中最突出的应用是在遥感探测领域，并在民用领域有着更大的应用前景。木文通过分析介绍高光谱图像的成像原理，探讨了高光谱图像在国内外发展现状及其应用。1.高光谱图像成像原理及特点1.1高光谱遥感基本概念高光谱遥感是通过高光谱传感器探测物体反射的电磁波而获得地物目标的空间和频谱数据，成立于20世纪初期的测谱学就是它的基础。高光谱遥感的出现使得许多使用宽波段无法探查到的物体，更加容易被探测到，所以高光谱遥感的出现时成功的是革命性的。1.2高光谱图像成像原理光源相机(成像光谱仪+ccd)装备有图像采集卡的计算机是

3、高光谱成像技术的硬件组成，其光谱的覆盖范围为200-400nm,400-1000nm,900-1700nm,1000-2500nm。其屮光谱相机的主要组成部分为准直镜，光栅光谱仪，聚焦透镜以及面阵ccd。其扫描过程是当ccd探测器在光学焦面的垂直方向上做横向扫描(x),当横向的平行光垂直入射到投身光栅是就形成了光栅光谱，这是象元经过高光谱仪在ccd上得出的数据,它的横向式x方向上的像素点也就是扫描的象元，它的总想是各象元对应的信息。在检测系统输送前进是排列的他测器完成纵向扫面(y)o综合扫描信息即可得到物体的三围高光谱数据。1.3高光谱遥感的

4、特点(1)波段多H宽度窄能够使得高光谱遥感探测到别的宽波段无法探测到的物体。(2)光谱响应范围更广和光谱分辨率高使得它能够更加精细的发硬出被探测物的微小特征。(3)它可以提供空间域和光谱域信息也就是“谱像合一”。(4)数据量大和信息冗余多，由于高光谱数据的波段多，其数据量大，而且和相邻波段的相关性比较高就使得信息冗余度增加很多。(5)高光谱遥感的数据描述模型多能够分析的更灵活。经常使用的3种模型有：图像，光谱和特征模型。1.4高光谱的优势随着高光谱成像的光谱分辨率的提高，It探测能力也有所增强。因此，与全色和多光谱成像相比较，高光谱成像有以下

5、显著优著：(1)有着近似连续的地物光谱信息。高光谱影像在经过光谱反射率重建后，能获取与被探测物近似的连续的光谱反射率曲线，与它的实测值和匹配，将实验室中被探测物光谱分析模型应用到成像过程中。(1)对于地表覆盖的探测和识别能力极大提高。高光谱数据能够探测具有诊断性光谱吸收特征的物质，能准确的区分地表植被覆盖类型，道路地面的材料等。(2)地形要素分类识别方法是多种多样的。影像分类既可以采用如贝叶斯判别、决策树、神经网络、支持向量机的模式识别方法，也町以采用基于被探测物的光谱数据库的光谱进行匹配的方法。分类识别特征是既可以采用光谱诊断特征，也可以采

6、用特征选择与提取。(3)地形要素的定量和半定量分类识别将成为可能。在高光谱影像中能估计出多种被探测物的状态参量，大大的提高了成像高定量分析的精度和可靠性。1.高光谱成像的发展2.1在国内的发展上世纪80年代初、屮期，在国家科技攻关项日和863计划的支持下，我国亦开展了高光谱成像技术的独立发展计划。我国高光谱仪的发展，经历了从多波段到成像光谱扫描，从光学机械扫描到面阵推扫的发展过程。根据我国的使用情况先后开发出了满足海洋环境监测和森林探火的需求的以红外和紫外波段以及以中波和长波红外为主体的航空专用扫描仪，满足地质矿产资源勘探方面的短波红外光谱区

7、间(2.0-2.5nun)的6—8波段细分红外光谱扫描仪(FIMS)和工作波段在8-12mm光谱范围的航空热红外多光谱扫描仪(ATIMS)o在此以后我国又自行研制了更为先进的推帚式成像光谱仪(PIII)和实用型模块化成像光谱仪(0MIS)等并得到国内外的多次应用，这些新的成像光谱系统不仅在地质和固体地球领域研究中发挥巨大的作用，在生物地球化学效应、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別方面也都有很好的结果。2002年3月在我国载人航天计划中发射的第三艘试验飞船“神舟三号”中，搭载了一台我国自行研制的屮分辨率成像光谱仪。200

8、7年10月24日我国发射的“嫦娥-1”探月卫星上，成像光谱仪也作为一种主要载荷进入月球轨道。这是我国的第一台基于富里叶变换的航天干涉成像光谱仪，它具有光谱分辨率高的