高光譜遙感技術是近些年來迅速發展起來的一種全新遙感技術,它是集探測器技術、精密光學機械、微弱訊號檢測、計算機技術、資訊處理技術於一體的綜合性技術。高光譜遙感實現了對地物的空間資訊、輻射資訊和光譜資訊的立體同步獲取,從而大大提高了遙感影像獲取地面目標的能力。高光譜遙感的光譜資訊反映了地物的物質結構,所以利用光譜資訊可以定量地描述不同地物成分,從而達到利用光譜資訊識別微量成分,甚至是地物化學成分。高光譜遙感的成像光譜儀技術把成像技術和分光譜技術有機地結合起來(趙英時,2003)。由於成像光譜儀高光譜解析度的巨大優勢,光譜的覆蓋範圍從可見光到熱紅外,可獲取地表觀測資料中豐富的光譜資訊,已成為人們利用高光譜遙感資料進行地物精確分類、地物特徵資訊提取和識別的重要依據。成像光譜技術的興起與發展,極大地增強了遙感對地的觀測能力和對地物的鑑別能力,使遙感從鑑別發展到對地物的直接識別,使遙感工作方法由影象分析轉變為以譜分析為主的圖譜結合模式,也使遙感應用逐漸擺脫 “看圖識字” 的階段,而越來越依賴於對地物波譜特徵定量分析和理解(Boardman,1994;王潤生等,2007)。
成像光譜的突出特點在於:
(1)高光譜解析度高光譜成像光譜儀可以同時獲取紫外線、可見光、紅外線、微波等波段的光譜資訊,並且能夠將它們劃分成幾百個甚至上千個連續的波段間隔非常窄的光譜段。一般而言,目前的感測器能識別的波段間隔通常是10nm左右,甚至可以達到2.5nm。例如,美國的機載航空可見光/紅外成像光譜儀(AVIRIS)採集的資料,可以獲得224個連續的高光譜波段,波段範圍0.4~2.45μm,像元的空間解析度為3.5m,波段寬度為10nm。
(2)圖譜合一,多維表達成像光譜儀在獲得數十、數百個光譜影象的同時,可以顯示影像中每個像元的連續光譜。成像光譜儀把地表地物以光譜波段的形式顯示在高光譜影像上,使得高光譜影像同時具有光譜特徵和普通遙感影像的空間特徵,從而達到了 “圖譜合一” 的形式。地物波譜研究表明,地表物質在0.4~2.5μm光譜區間內均有可以作為識別標誌的光譜吸收帶,其頻寬約20~40nm,成像光譜儀的高光譜解析度可以捕捉到這一資訊。它所提供的每個像元或像元組的連續光譜,較客觀地反映了地物光譜特徵以及光譜特徵的微弱變化,因此可以透過成像光譜儀獲得的光譜來精細地描述地物的細微差異,可以進行光譜波形形態分析,並與實驗室、野外及光譜資料庫的光譜匹配,從而檢測出具有診斷意義的地物光譜特徵(一些特殊的窄波長間隔的吸收/反射特徵),使利用光譜資訊直接識別地物成為可能。
(3)資料量大,資訊冗餘多,隱含特徵豐富由於高光譜遙感具有成百上千的波段,因此一幅影像有著巨大的資料量。且在提供豐富詳細資訊的同時,由於不同波段,特別是相鄰波段之間往往具有較強的相關性,導致資訊冗餘。但不同波段具有不同的優勢應用方面,因此也不能簡單地應用某一波段取代其他波段,所以處理資訊量與光譜資訊的關係也是一個重要問題。又因為高光譜遙感影像從影象、光譜兩個角度對地物進行表達,所以透過對影像和光譜向量的處理可以獲得大量隱含的、豐富的對地物識別與處理有用的特徵(陳志軍,2006)。因此,合理使用光譜維資料,有效地減少冗餘的資訊,發掘隱含在光譜波段之間的資訊對於地物微量資訊識別具有重要的作用,也是目前研究的熱點之一。
(4)空間解析度較高航空成像光譜儀均具有較高的空間解析度。一般瞬時視場角(IFOV)為1.0~3.0mrad(毫弧度),個別小於1mrad等。
高光譜遙感技術是近些年來迅速發展起來的一種全新遙感技術,它是集探測器技術、精密光學機械、微弱訊號檢測、計算機技術、資訊處理技術於一體的綜合性技術。高光譜遙感實現了對地物的空間資訊、輻射資訊和光譜資訊的立體同步獲取,從而大大提高了遙感影像獲取地面目標的能力。高光譜遙感的光譜資訊反映了地物的物質結構,所以利用光譜資訊可以定量地描述不同地物成分,從而達到利用光譜資訊識別微量成分,甚至是地物化學成分。高光譜遙感的成像光譜儀技術把成像技術和分光譜技術有機地結合起來(趙英時,2003)。由於成像光譜儀高光譜解析度的巨大優勢,光譜的覆蓋範圍從可見光到熱紅外,可獲取地表觀測資料中豐富的光譜資訊,已成為人們利用高光譜遙感資料進行地物精確分類、地物特徵資訊提取和識別的重要依據。成像光譜技術的興起與發展,極大地增強了遙感對地的觀測能力和對地物的鑑別能力,使遙感從鑑別發展到對地物的直接識別,使遙感工作方法由影象分析轉變為以譜分析為主的圖譜結合模式,也使遙感應用逐漸擺脫 “看圖識字” 的階段,而越來越依賴於對地物波譜特徵定量分析和理解(Boardman,1994;王潤生等,2007)。
成像光譜的突出特點在於:
(1)高光譜解析度高光譜成像光譜儀可以同時獲取紫外線、可見光、紅外線、微波等波段的光譜資訊,並且能夠將它們劃分成幾百個甚至上千個連續的波段間隔非常窄的光譜段。一般而言,目前的感測器能識別的波段間隔通常是10nm左右,甚至可以達到2.5nm。例如,美國的機載航空可見光/紅外成像光譜儀(AVIRIS)採集的資料,可以獲得224個連續的高光譜波段,波段範圍0.4~2.45μm,像元的空間解析度為3.5m,波段寬度為10nm。
(2)圖譜合一,多維表達成像光譜儀在獲得數十、數百個光譜影象的同時,可以顯示影像中每個像元的連續光譜。成像光譜儀把地表地物以光譜波段的形式顯示在高光譜影像上,使得高光譜影像同時具有光譜特徵和普通遙感影像的空間特徵,從而達到了 “圖譜合一” 的形式。地物波譜研究表明,地表物質在0.4~2.5μm光譜區間內均有可以作為識別標誌的光譜吸收帶,其頻寬約20~40nm,成像光譜儀的高光譜解析度可以捕捉到這一資訊。它所提供的每個像元或像元組的連續光譜,較客觀地反映了地物光譜特徵以及光譜特徵的微弱變化,因此可以透過成像光譜儀獲得的光譜來精細地描述地物的細微差異,可以進行光譜波形形態分析,並與實驗室、野外及光譜資料庫的光譜匹配,從而檢測出具有診斷意義的地物光譜特徵(一些特殊的窄波長間隔的吸收/反射特徵),使利用光譜資訊直接識別地物成為可能。
(3)資料量大,資訊冗餘多,隱含特徵豐富由於高光譜遙感具有成百上千的波段,因此一幅影像有著巨大的資料量。且在提供豐富詳細資訊的同時,由於不同波段,特別是相鄰波段之間往往具有較強的相關性,導致資訊冗餘。但不同波段具有不同的優勢應用方面,因此也不能簡單地應用某一波段取代其他波段,所以處理資訊量與光譜資訊的關係也是一個重要問題。又因為高光譜遙感影像從影象、光譜兩個角度對地物進行表達,所以透過對影像和光譜向量的處理可以獲得大量隱含的、豐富的對地物識別與處理有用的特徵(陳志軍,2006)。因此,合理使用光譜維資料,有效地減少冗餘的資訊,發掘隱含在光譜波段之間的資訊對於地物微量資訊識別具有重要的作用,也是目前研究的熱點之一。
(4)空間解析度較高航空成像光譜儀均具有較高的空間解析度。一般瞬時視場角(IFOV)為1.0~3.0mrad(毫弧度),個別小於1mrad等。