高光谱遥感技术及发展
25页1、结课作业高光谱遥感技术及发展高光谱遥感技术及发展摘要:经过几十年的发展,无论在遥感平台、遥感传感器、 还是遥感信息处理、遥感应用等方面,都获得了飞速的发展,目 前遥感正进入一个以高光谱遥感技术、微波遥感技术为主的时代。 本文系统地阐述了高光谱遥感技术在分析技术及应用方面的发展 概况,并简要介绍了高光谱遥感技术主要航空/卫星数据的参数及 特点。关键词:高光谱,遥感,现状,进展,应用一、高光谱遥感的概念及特点遥感是20 世纪60 年代发展起来的对地观测综 合性技术,是指应用探测仪器,不与探测目标相接 触,从远处把目标的电磁波特性记录下来,通过分 析,揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测 技术1。所谓高光谱遥感,即高光谱分辨率遥感, 指利用很多很窄的电磁波波段(通常10nm)从感 兴趣的物体获取有关数据;与之相对的则是传统的 宽光谱遥感,通常100nm,且波段并不连续。高 光谱图像是由成像光谱仪获取的,成像光谱仪为每 个像元提供数十至数百个窄波段光谱信息,产生一 条完整而连续的光谱曲线。它使本来在宽波段遥感 中不可探测的物质,在高光谱中能被探测。 同其它传统遥感相比,高光谱遥感具有以下特
2、点: 波段多。成像光谱仪在可见光和近红外光谱区内 有数十甚至数百个波段。光谱分辨率高。成像谱仪采样的间隔小,一般为10nm 左右。精细的光谱分辨率反映了地物光谱的 细微特征。 数据量大。随着波段数的增加,数据量呈指数增 加2。 信息冗余增加。由于相邻波段的相关性高,信息 冗余度增加。 可提供空间域信息和光谱域信息,即“图谱合 一”,并且由成像光谱仪得到的光谱曲线可以与地 面实测的同类地物光谱曲线相类比。近二十年来, 高光谱遥感技术迅速发展,它集探测器技术、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,已成为当前遥感领域的前沿技术。二、发展过程自80 年代以来,美国已经研制了三代高光谱成像光谱仪。1983 年,第一幅由航空成像光谱仪(AIS-1) 获取的高光谱分辨率图像的正式出现标志着第一代 高光谱分辨率传感器面世。第一代成像光谱仪(AIS),由美国国家航空和航天管理局(NASA) 所属的喷气推进实验室设计,共有两种,AIS-1(1982 年1985 年, 128 波段)和AIS-2(1985 年1987 年, 128波段),其光谱覆盖范围为1.22.4ym。 1987
3、年,由NASA喷气推进实验室研制成功的航 空可见光/红外光成像光谱仪辑(AVRis)成为第二 代高光谱成像仪的代表。与此同时,加拿大、澳大 利亚、日本等国家竞相投入力量研究成像光谱仪。 在AVIRIS之后,美国地球物理环境研究公司(GER) 又研制了1 台64 通道的高光谱分辨率扫描仪 (GERIS),主要用于环境监测和地质研究。其中63个 通道为高光谱分辨率扫描仪,第64 通道是用来存储 航空陀螺信息。第三代高光谱成像光谱仪为克里斯 特里尔傅立叶变换高光谱成像仪(FTHSI),其重量仅 为35kg,采用256通道,光谱范围为4001050nm,光谱分辨率为210nm,视场角为 150。而于1999 年和2000 年发射升空的中分辨 率成像光谱仪(MODIS和Hyperion)都已经成为主 要的应用数据来源。在国内,成像光谱仪的研制工 作紧跟国际前沿技术,目前已跻身国际先进行列。 先后研制成功了专题应用扫描仪、红光细分光谱扫 描仪FIMS、热红外多光谱扫描仪TIMS、19波段多 光谱扫描仪AMSS、71波段的模块化航空成像光谱 仪MAIS、128波段的OMIS以及244波段的推扫 式成
4、像仪PHI等。此外,中国科学院上海技术物理 研究所研制的中分辨率成像光谱仪于2002 年随“神 州”三号飞船发射升空,这是继美国1999 年发射 EOS 平台之后第二次将中分辨率成像光谱仪送上太空,从而使中国成为世界上第二个拥有航天载成 像光谱仪的国家。经过20 世纪80 年代的起步与90 年代的发展,至90年代后期,高光谱遥感应用由实 验室研究阶段逐步转向实际应用阶段。迄今为止, 国际上已有许多套航空成像光谱仪与少数几个卫星 成像光谱仪处于运行状态,在实验、研究以及信息 的商业化方面发挥着重要作用。三、发展程度1高光谱数据处理技术的发展程度随着成像光谱仪技术的快速发展,高光谱遥感数据 处理技术发展也取得了突破性的进展。高光谱遥感 波段数众多,致使其数据量也呈指数增加,海量的 数据给研究人员的分析和应用带来不便。人们通过 大量的科研实践,发展了新的数据处理方法来适应 成像光谱数据做定量分析。(1)基于纯像元的分析方法基于光谱特征的分析方法。基于光谱特征的分析 方法主要从地物光谱特征上出发,表征地物的特征 光谱区间和参数。这种方法普遍用于MSS和TM图 像的处理和分析应用中。高光谱遥感中
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