高光譜遙感課件

1、高光譜遙感高光譜遙感： 即高光譜分辨率成像光譜遙感，是基于高光譜分辨率超多波段遙感圖像與光譜合一的特點(diǎn)，利用地表物質(zhì)與電磁波的相互作用及其所形成的光譜輻射、反射、透射、吸收等特征研究地表物體（包括大氣），識(shí)別地物類型，鑒別物質(zhì)成分，分析地物存在狀態(tài)及動(dòng)態(tài)變化的新型光學(xué)遙感技術(shù)。 多光譜遙感（Multirspectral Remote Sensing），光譜分 辨率為波長(zhǎng)的1/10數(shù)量級(jí)范圍（幾十個(gè)至幾百個(gè)nm）； 高光譜遙感（Hyperspectral Remote Sensing）, 光譜分辨率為波長(zhǎng)的1/100數(shù)量級(jí)范圍（幾個(gè)nm）； 超光譜遙感（Ultraspectral Remote

2、Sensing），光譜分辨率為波長(zhǎng)的1/1000數(shù)量級(jí)范圍（0.2-1nm）。一、高光譜遙感概念圖 物質(zhì)的內(nèi)部狀態(tài)原理圖地物波譜的產(chǎn)生二、高光譜遙感的基本原理 成像光譜學(xué)：八十年代開(kāi)始建立，在傳統(tǒng)光譜學(xué)基礎(chǔ)上，將傳統(tǒng)的光譜學(xué)和成像技術(shù)結(jié)合起來(lái)，在電磁波的紫外、可見(jiàn)光、近紅外和中紅外區(qū)域，獲取許多非常窄且光譜連續(xù)的圖像數(shù)據(jù)的技術(shù)。這種技術(shù)設(shè)計(jì)出的新型遙感儀器，叫成像光譜儀。成像光譜儀通常以上百個(gè)光譜通道連續(xù)記錄影像數(shù)據(jù)。二、高光譜遙感的基本原理高光譜分辨率(成像光譜)遙感: 將成像光譜技術(shù)應(yīng)用于遙感，對(duì)于一個(gè)給定的觀察區(qū)域中的像素，足以從這些探測(cè)的數(shù)據(jù)中獲取所對(duì)應(yīng)地物的精細(xì)光譜特性，通過(guò)分析處理

3、，實(shí)現(xiàn)對(duì)地物的鑒別及其環(huán)境的分析。由于與常規(guī)的多光譜遙感相比，成像光譜數(shù)據(jù)具有通道數(shù)量多、光譜分辨率高的顯著特點(diǎn)，所以，人們把由此產(chǎn)生的遙感領(lǐng)域稱作為高光譜遙感。與此相對(duì)應(yīng)，有時(shí)稱常規(guī)遙感為寬波段遙感，以示區(qū)別。二、高光譜遙感的基本原理 70年代末，美國(guó)加州理工學(xué)院噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL） 學(xué)者提出。 1983年，世界上第一臺(tái)成像光譜儀問(wèn)世，AIS-1 （Airborne Imaging Spectrometer）問(wèn)世，64波段。 1987年，航空可見(jiàn)光/紅外成像光譜儀AVIRIS，224波段 2000年第一臺(tái)星載高分辨率成像光譜儀 HYPERION升空。 1991年，中國(guó)第一臺(tái)航空成像光譜儀

4、（MAIS）運(yùn)行 三、高光譜遙感器的發(fā)展 第一代成像光譜儀稱航空成像光譜儀AIS(Airborne Imaging Spectrometer)，64個(gè)通道，光譜覆蓋范圍從990nm-2400nm,光譜分辨率9.3nm。 第二代成像光譜儀稱航空可見(jiàn)光、近紅外成像光譜儀 AVIRIS(Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer)，224個(gè)通道，光譜范圍410nm-2450nm，光譜分辨率10nm。 220波段的星載HYPERION（2000年E0-1衛(wèi)星攜帶升空） 第三代成像光譜儀為傅立葉變換高光譜成像儀（美國(guó)2000年7月MiSat-II衛(wèi)星攜帶

5、升空） FTHSI( Fourier Transform Hyperspectral Imager) ，256個(gè)波段，光譜范圍400nm-1050nm，光譜分辨率2-10nm。美國(guó)： MODIS 、 AVIRIS、 WIS（812波段）、Hyperion、AIRS AHI（256個(gè)熱波段）、SEBASS（ 242個(gè)熱波段） 澳大利亞：Hymap、ARIES、TIPS（100個(gè)熱波段）加拿大： CASI 德國(guó)：ROSIS法國(guó)：IMS 芬蘭：AISA 歐空局：CHRIS （2000年10月22日PROBA小衛(wèi)星） 日本：GLI中國(guó)：MAIS、PHI、OMIS-1（10個(gè)熱波段）、HJ-1（環(huán)境災(zāi)害

6、小衛(wèi)星） 典型的高光譜遙感器 PHI主要性能指標(biāo)中國(guó)128波段航空成像光譜儀（OMIS-1） OMIS-I OMIS-II總波段數(shù)12868 光譜儀光譜范圍m光譜分辨率nm波段數(shù) 光譜儀光譜范圍m光譜分辨率nm波段數(shù)0.4-1.110640.4-1.110641.06-1.7040161.55-1.7512.0-2.515322.08-2.3513.0-5.025083.0-5.018.0-12.550088.0-12.51瞬時(shí)視場(chǎng) (mrad) 3 1.5/3可選總視場(chǎng)（） 70掃描率（S/s） 5、10、15、20可選行像元數(shù)5121024/512數(shù)據(jù)編碼（bit）12探測(cè)器SI、InGa

7、As、InSb、MCT線列Si線列、InGaAs單元、InSb/MCT雙色 美國(guó)220波段衛(wèi)星成像光譜儀（Hyperion）表 Hyperion主要技術(shù)參數(shù)中國(guó)的環(huán)境與減災(zāi)1號(hào)衛(wèi)星高光譜成像儀入瞳輻射掃描系統(tǒng)成象光學(xué)探測(cè)器電子系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換DN輸出傳感器系統(tǒng)濾波或色散元件平臺(tái)姿態(tài)與運(yùn)動(dòng) 高光譜遙感器接收到入瞳輻射后通過(guò)探測(cè)器產(chǎn)生電信號(hào)，在經(jīng)過(guò)增益和模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）產(chǎn)生遙感影像數(shù)值（DN）。遙感器的空間響應(yīng)、光譜響應(yīng)和輻射響應(yīng)決定了輸出圖像的信息特征。進(jìn)入傳感器的輻射量通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)后，由分光器件分成不同的光譜段后到達(dá)探測(cè)器焦平面轉(zhuǎn)換為測(cè)量值。該測(cè)量值的大小直接與探測(cè)器的光譜響應(yīng)率相關(guān)，從而又與

8、光學(xué)系統(tǒng)的透過(guò)率和探測(cè)器的光譜靈敏度相關(guān)聯(lián)。 高光譜遙感信息成像機(jī)理 不同遙感器波段對(duì)比 礦物不同傳感器上的波譜特點(diǎn)2160-2220 nm優(yōu)勢(shì) 1：充分利用地物波譜信息資源五、高光譜遙感技術(shù)優(yōu)勢(shì)與局限性圖 不同波譜分辨率對(duì)水鋁反射光譜曲線優(yōu)勢(shì) 2： 利用波形/精細(xì)光譜特征進(jìn)行分類與識(shí)別地物ParagoniteMuscovitePhengite三種類型的白云母精細(xì)光譜特征Al-OH巖石的光譜發(fā)射率特征優(yōu)勢(shì) 3： 利用圖-譜實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別地物并制圖 局限1：海量數(shù)據(jù)的傳輸、處理與存儲(chǔ) 128波段的OMIS: 采集數(shù)據(jù)速率60Mb/s；400Mb/km2局限2：易受大氣的影響局限3：波段間相關(guān)性強(qiáng)主要應(yīng)用領(lǐng)域地質(zhì)巖性分類蝕變礦物識(shí)別