Question

高光谱遥感的成像光谱特点

Answer 1

高光谱遥感技术是近些年来迅速发展起来的一种全新遥感技术，它是集探测器技术、精密光学机械、微弱信号检测、计算机技术、信息处理技术于一体的综合性技术。高光谱遥感实现了对地物的空间信息、辐射信息和光谱信息的立体同步获取，从而大大提高了遥感影像获取地面目标的能力。高光谱遥感的光谱信息反映了地物的物质结构，所以利用光谱信息可以定量地描述不同地物成分，从而达到利用光谱信息识别微量成分，甚至是地物化学成分。

高光谱遥感的成像光谱仪技术把成像技术和分光谱技术有机地结合起来（赵英时，2003）。由于成像光谱仪高光谱分辨率的巨大优势，光谱的覆盖范围从可见光到热红外，可获取地表观测数据中丰富的光谱信息，已成为人们利用高光谱遥感数据进行地物精确分类、地物特征信息提取和识别的重要依据。成像光谱技术的兴起与发展，极大地增强了遥感对地的观测能力和对地物的鉴别能力，使遥感从鉴别发展到对地物的直接识别，使遥感工作方法由图像分析转变为以谱分析为主的图谱结合模式，也使遥感应用逐渐摆脱 “看图识字” 的阶段，而越来越依赖于对地物波谱特征定量分析和理解（Boardman，1994；王润生等，2007）。成像光谱的突出特点在于：

（1）高光谱分辨率

高光谱成像光谱仪可以同时获取紫外线、可见光、红外线、微波等波段的光谱信息，并且能够将它们划分成几百个甚至上千个连续的波段间隔非常窄的光谱段。一般而言，目前的传感器能识别的波段间隔通常是10nm左右，甚至可以达到2.5nm。例如，美国的机载航空可见光/红外成像光谱仪（AVIRIS）采集的数据，可以获得224个连续的高光谱波段，波段范围0.4～2.45μm，像元的空间分辨率为3.5m，波段宽度为10nm。

（2）图谱合一，多维表达

成像光谱仪在获得数十、数百个光谱图像的同时，可以显示影像中每个像元的连续光谱。成像光谱仪把地表地物以光谱波段的形式显示在高光谱影像上，使得高光谱影像同时具有光谱特征和普通遥感影像的空间特征，从而达到了 “图谱合一” 的形式。

地物波谱研究表明，地表物质在0.4～2.5μm光谱区间内均有可以作为识别标志的光谱吸收带，其带宽约20～40nm，成像光谱仪的高光谱分辨率可以捕捉到这一信息。它所提供的每个像元或像元组的连续光谱，较客观地反映了地物光谱特征以及光谱特征的微弱变化，因此可以通过成像光谱仪获得的光谱来精细地描述地物的细微差异，可以进行光谱波形形态分析，并与实验室、野外及光谱数据库的光谱匹配，从而检测出具有诊断意义的地物光谱特征（一些特殊的窄波长间隔的吸收/反射特征），使利用光谱信息直接识别地物成为可能。

（3）数据量大，信息冗余多，隐含特征丰富

由于高光谱遥感具有成百上千的波段，因此一幅影像有着巨大的数据量。且在提供丰富详细信息的同时，由于不同波段，特别是相邻波段之间往往具有较强的相关性，导致信息冗余。但不同波段具有不同的优势应用方面，因此也不能简单地应用某一波段取代其他波段，所以处理信息量与光谱信息的关系也是一个重要问题。又因为高光谱遥感影像从图像、光谱两个角度对地物进行表达，所以通过对影像和光谱向量的处理可以获得大量隐含的、丰富的对地物识别与处理有用的特征（陈志军，2006）。因此，合理使用光谱维数据，有效地减少冗余的信息，发掘隐含在光谱波段之间的信息对于地物微量信息识别具有重要的作用，也是目前研究的热点之一。

（4）空间分辨率较高

航空成像光谱仪均具有较高的空间分辨率。一般瞬时视场角（IFOV）为1.0～3.0mrad（毫弧度），个别小于1mrad等。

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