簡(jiǎn)介

目前，國(guó)際上正在迅速發(fā)展的一種新型傳感器被稱為成像光譜儀，它是一種以多通道、連續(xù)、高光譜分辨率的方式獲取圖像信息的儀器。通過(guò)將傳統(tǒng)空成像技術(shù)與地物光譜技術(shù)有機(jī)結(jié)合，可以在同一區(qū)域內(nèi)同時(shí)獲取幾十到幾百個(gè)波段的地物反射光譜圖像。

成像光譜儀基本屬于多光譜掃描儀，結(jié)構(gòu)與CCD線陣推掃掃描儀、多光譜掃描儀相同。唯一的區(qū)別就是通道多，每個(gè)通道的帶寬都很窄。

發(fā)展背景

70年代末80年代初，在研究總結(jié)各種地物光譜特征的基礎(chǔ)上，形成了一個(gè)概念:如果能實(shí)現(xiàn)連續(xù)窄帶成像，就有可能實(shí)現(xiàn)對(duì)地面礦物的直接識(shí)別，從而產(chǎn)生了光譜與圖像相結(jié)合的成像光譜技術(shù)。1983年，美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室研制了第一臺(tái)AIS-1成像光譜儀，隨后包括中國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家成功研制了一系列成像光譜儀，包括基于線陣探測(cè)器的光機(jī)掃描式、基于面陣探測(cè)器的固態(tài)推掃式和基于面陣探測(cè)器拋光機(jī)的平行掃描式。

把… 分類

成像光譜儀根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可以分為兩種。一種是帶面陣探測(cè)器和推掃掃描器的成像光譜儀，它利用線陣探測(cè)器進(jìn)行掃描，利用色散元件和面陣探測(cè)器完成光譜掃描?？罩g的掃描通過(guò)使用線陣列檢測(cè)器及其沿軌道方向的移動(dòng)來(lái)完成。

具有面陣的成像光譜儀

另一種是帶有線陣列探測(cè)器拋光機(jī)掃描儀的成像光譜儀，利用點(diǎn)探測(cè)器采集光譜信息，通過(guò)色散元件后分成不同的波段，然后通過(guò)點(diǎn)掃描鏡垂直于軌道方向的面內(nèi)擺動(dòng)和沿軌道方向的運(yùn)動(dòng)，在線陣列探測(cè)器的不同元件之間空進(jìn)行掃描，線探測(cè)器完成光譜掃描。

帶針成像光譜儀

優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

成像光譜儀數(shù)據(jù)具有光譜分辨率高的優(yōu)點(diǎn)，但數(shù)據(jù)量巨大，存儲(chǔ)、檢索和分析困難。為了解決這個(gè)問(wèn)題，必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，不能使用傳統(tǒng)的少波段遙感圖像二維結(jié)構(gòu)表達(dá)方法。圖像立方體是為適應(yīng)成像光譜數(shù)據(jù)的表達(dá)而發(fā)展起來(lái)的一種新的數(shù)據(jù)格式。它是像撲克牌一樣的各種光譜段圖像的疊加。立方體正面的圖像是由自身選取的三個(gè)波段圖像合成而成，是表示空之間信息的二維圖像，下方疊加有單波段圖像。位于立方體邊緣的信息表示每個(gè)單波段圖像邊緣的每個(gè)像素的地面輻射的編碼值或反射率。這種圖像表示也稱為圖像立方體。

在幾何上，成像光譜儀的成像方式與多光譜掃描儀相同或類似于CCD線陣傳感器。因此，在幾何處理上，可以采用類似于多光譜掃描儀和CCD線陣傳感器的方法。但是目前成像光譜儀只專注于提高光譜分辨率，而空之間的分辨率較低(幾十米甚至幾百米)。正是因?yàn)槌上窆庾V儀可以獲得帶寬較窄的多波段圖像數(shù)據(jù)，所以多用于地物的光譜分析和識(shí)別。特別是由于成像光譜儀的工作波段為可見(jiàn)光、近紅外和短波紅外，對(duì)于特殊的礦產(chǎn)勘查和海色調(diào)查非常有效，特別是對(duì)于具有短波段診斷光譜特征的礦化蝕變巖。

性能參數(shù)和原則

成像光譜儀的主要性能參數(shù)有:(1)噪聲等效反射率差(Neδ P)，反映為信噪比(SNR)；(2)瞬時(shí)視場(chǎng)(IFOV)，即地面分辨率；(3)光譜分辨率，直觀地表示為波段數(shù)和波段的光譜寬度。

高光譜分辨率遙感信息的分析和處理主要集中在光譜維度上圖像信息的擴(kuò)展和定量分析。其圖像處理模式的關(guān)鍵技術(shù)有:(1)超多維光譜圖像信息的顯示，如圖像立方體的生成；⑵光譜重建，即對(duì)成像光譜數(shù)據(jù)和大氣校正模型及算法進(jìn)行標(biāo)定和量化，從而實(shí)現(xiàn)成像光譜信息的圖像-光譜轉(zhuǎn)換；(3)光譜編碼，特別是光譜吸收位置、深度、對(duì)稱性等光譜特征參數(shù)的算法；⑷基于光譜數(shù)據(jù)庫(kù)的地物光譜匹配識(shí)別算法；⑸混合光譜分解模型；⑹基于光譜模型的地表生物物理化學(xué)過(guò)程及參數(shù)識(shí)別與反演算法。

高端成像光譜儀采用透射式體全息衍射光柵，從可見(jiàn)光到近紅外波段具有雜散光低、吸收率低的特點(diǎn)，由于核心部分密封在玻璃或其他透明材料中，使用壽命長(zhǎng)，易于清洗，耐刮擦，非常適合各種惡劣的戶外應(yīng)用環(huán)境。

成像光譜儀的工作模式主要是推掃。為了實(shí)現(xiàn)掃描過(guò)程，一般采用外部掃描平臺(tái)驅(qū)動(dòng)光譜儀運(yùn)行；由于掃描平臺(tái)較重，增加了功耗，給現(xiàn)場(chǎng)工作帶來(lái)了很多不便，最新的成像光譜儀取消了掃描平臺(tái)，改為內(nèi)置掃描設(shè)計(jì)，減輕了整機(jī)的重量和能耗，可以直接垂直向下測(cè)量，更有利于現(xiàn)場(chǎng)使用。

app應(yīng)用

高光譜分辨率的影像光譜遙感起源于地質(zhì)礦產(chǎn)識(shí)別與制圖的研究，逐漸擴(kuò)展到植被生態(tài)、海洋與海岸水色、冰雪、土壤與大氣的研究。

成像光譜儀在高光譜測(cè)量的基礎(chǔ)上，具有地圖集成的優(yōu)勢(shì)，可以準(zhǔn)確檢測(cè)作物葉片某一點(diǎn)不同脅迫癥狀的特征，還可以獲取受脅迫作物的光譜信息，點(diǎn)面結(jié)合全面反映作物的脅迫程度。因此，高光譜成像成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。學(xué)者們利用高光譜成像技術(shù)定量提取作物遭受的各種脅迫特征，并根據(jù)高分辨率圖像分析葉片和葉片局部區(qū)域，從而在更微觀的尺度上進(jìn)行機(jī)理檢測(cè)研究。

正是因?yàn)槌上窆庾V儀可以獲得帶寬較窄的多波段圖像數(shù)據(jù)，所以多用于地物的光譜分析和識(shí)別。特別是由于成像光譜儀的工作波段為可見(jiàn)光、近紅外和短波紅外，對(duì)于特殊的礦產(chǎn)勘查和海色調(diào)查非常有效，特別是對(duì)于具有診斷和光譜特征的礦化蝕變巖在短波段內(nèi)非常有效。

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