超光谱成像技术的发展及思考

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1、超光谱成像技术的发展及思考　　超光谱成像技术是20世纪80年代初发展起来的一种新型遥感技术，它已成功地应用于遥感和航空航天领域.超光谱光电技术是一种基于方位和光谱三维信息探测（方位X、Y两维，波长一维）的技术，可在紫外至近红外较宽波段内以超光谱分辨率对指定地域进行，它能获取目标及背景的空间信息和光谱信息，并利用两者在三维信息里的差异检测出目标.在军事上，可鉴别出人工材料与自然植被的区别，用它获得的图像，可进行军事装备的识别和军事武器部署的，从而发现军事目标及其伪装.如美国空军发射的“强力卫星”超光谱成像卫星，已形成航天超光谱成像能力.它可识别战场地形特征，能发现植被等目标上的

2、污渍，从而分析坦克、装甲车等隐藏地，为空军投放炸弹提供依据[3].因此，超光谱成像技术对现有隐身技术、方法、材料和装备均提出了严峻挑战，对战场目标的生存构成了新的威胁.　　1超光谱遥感发展趋势　　*从航空到航天　　高成像光谱仪正从机载遥感应用为主趋向航天遥感齐头并进。相同的地面分辨率，星载仪器灵敏度需要高百倍，这是目前的技术难点。在描绘21世纪航空航天力量太空蓝图时，美国将超光谱（超光谱）遥感器及算法研究作为关键技术之一，美国防部《军事关键技术清单》针对星载光谱仪的光谱处理能力提出了需研发新的软件及算法。5　　*总体技术指标提高　　多光谱、超光谱成像技术的方向发展是“三高”（

3、高空间分辨率、超光谱分辨率、高时相分辨率）和“三多”（多传感器、多平台、多角度），各种新材料、新技术的应用导致新的高成像光谱仪体积更小，性能更高。　　*从定性探测到定量探测　　高成像光谱仪的光谱和辐射定标与数据的定量化反演，对遥感数据从定性解释转为定量计算有重要作用。美国于1993年召开了第一届国际机载成像仪定标讨论会，制定了“定标指南”。　　*以军事需求为引领　　目前各国在军事领域的竞争较为激烈，并且诸多手段都需要多光谱、超光谱成像技术的辅助，而且目前各国所支持的研究项目大多数以军事应用为背景。在可预见的未来，超光谱成像技术在军事上的应用将越来越广泛。　　*数据海量化、设备

4、小型化　　目前各种目标/背景光谱特性的研究将越来越深入，由于全球地表的超光谱特征存在一定的确定性，总体变化过程较为缓慢，所以可以建立大量标准光谱特征数据库来存储全球超光谱特征。这将导致海量数据在存储、查询、分析等多方面的问题。另一方面随着各种新材料、新技术的应用导致新的成像光谱仪器体积更小、性能更高，光谱、图像数据的处理算法将更高效、快捷，进一步满足实时处理的需要。5　　近年来，随着航天技术的快速发展，促进了天基光电技术的发展，世界各国都在积极研发各种新型天基光电技术与装备。处于领先地位的美国一直十分重视发展天基光电技术，其天基光电系统将向分辨率更高、谱段更多及范围更广的方向

5、发展。多光谱、超光谱成像技术由于其独特的优点，受到各军事强国的重视，该技术的掌握和运用必将对未来高技术战争中掌握战场信息主动权具有重大的意义。我国在这方面起步较晚，与先进国家相比还有相当差距，但相信随着该领域研究工作的展开，相比一定会在不久的将来逐渐缩小这一差距。可以预计，随着航天技术和装备的飞速发展，空间光电将开启空间态势感知的新纪元。　　2相关思考　　超光谱遥感仪器的发展来看，各种机载超光谱仪器已经发展成熟，国外的星载仪器已经投入使用.超光谱在多光谱遥感的基础上对测试目标的光谱特征进行了细分，可以识别出各种人工目标和伪装目标，利用超光谱在热红外波段可以探测目标表面的真实温

6、度和发射率，改善了热成像探测中的不足之处，可以有效地识别利用传统热红外伪装技术进行伪装的目标。关于实现超光谱隐身，现有两种建议：　　一是采取趋同法。即隐身材料在全波段与背景同色同谱或者相似，这是一种最全面、最有效的隐身方法。事实上，现代军队都加强了隐身技术的研究与应用，对其军事装备都进行了各种各样的伪装，但是其技术原理都是尽力减小目标与背景在紫外、可见光、红外等易暴露的谱段上的辐射强度的差异，使目标隐藏于背景中。然而，使目标在全谱段上与背景相似是极其困难的，现行隐身材料都不能达到全波段与背景相同或相似。5　　二是采用变异法。利用背景有一些变化的相同目标或目标有一些变化的相同背

7、景，就能对某些光谱段进行伪装。对于后者，通过改变目标物的光谱特征曲线就可实现目标变化，从而以实现超光谱隐身。特别对建立了目标光谱库的超光谱成像仪，使其探测到的目标物的光谱特征曲线与目标光谱库中的光谱特征曲线相异，就能降低超光谱成像仪探测的时效性和精确性，降低其对目标物的探测概率，从而就有可能实现一定程度的超光谱隐身。由此可见，使目标物光谱特征曲线变化有可能是一种有效的超光谱隐身方法。但关键所在是能否实现和如何实现目标物表面的光谱特征曲线改变。　　谱线热移位理论和实验资料表明，当具有谱线热移位特性的物质覆