高光譜成像儀–概述

    高光譜成像儀是 20 世紀(jì) 80 年代開始在多光譜遙感成像技術(shù) 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的, 它以高光譜分辨率獲取景物或目標(biāo)的高光譜圖像, 在航空、 航天器上進行陸地、 大氣、 海洋等觀測中有廣泛的應(yīng)用, 高光譜成像儀可 以應(yīng)用在地物分類、 地物識別、 地物特征信息的提取。 建立目標(biāo)的高光譜遙感信息處理和定量化分析模型后,可提高高光譜數(shù)據(jù)處理的自動化和智能化水平。由于高光譜成像儀高光譜分辨率的巨大優(yōu)勢, 在空間對地觀測的同時獲取眾多連續(xù)波段的地物光譜圖像, 達到從空間直接識別地球表面物質(zhì)的目的, 成為遙感領(lǐng)域的一大熱點, 正在成為當(dāng)代空間對地觀測的主要技術(shù)手段。 地面上采用高光譜成像光譜儀也取得了很大的成果, 如科學(xué)研究、工農(nóng)林業(yè)環(huán)境保護等方面。

    高光譜成像光譜儀主要性能參數(shù)是:

    a.噪聲等效反射率差(NE ? p ),體現(xiàn)為信噪比(SNR )。

    b.瞬時視場角(IFOV ),體現(xiàn)為地面分辨率。

    c.光譜分辨率,直觀地表現(xiàn)為波段多少和波段譜寬。

    高光譜分辨率遙感信息分析處理, 集中于光譜維上進行圖象信息的展開和定 量分析,其圖象處理模式 的關(guān)鍵技術(shù)有:

    a.超多維光譜圖象信息的顯示,如圖像立方體的生成;

    b.光譜重建,即成像光 譜數(shù)據(jù)的定標(biāo)、定量化和大氣糾正模型與算法,依 此實現(xiàn)成像光譜信息的圖象 -光譜轉(zhuǎn)換;

    c.光譜編碼, 尤 其指光譜吸收位置、 深度、 對稱性等光譜特征參數(shù)的算法;

    d.基于光譜數(shù)據(jù)庫的地物光譜匹配識別算法;

    e.混合光譜分解模型;

    f.基于光譜模型的地表生物物理化學(xué)過程與參數(shù)的識別和反演算法。

    高光譜分辨率成像光譜遙感起源于地質(zhì)礦物識別填圖研究,逐漸擴展為植被生態(tài)、海洋海岸水色、冰 雪、土壤以及大氣的研究中。高光譜成像儀的基本原理。

    1、系統(tǒng)工作原理與結(jié)構(gòu):高高光譜成像光譜儀將成像技術(shù)和光譜技術(shù)結(jié)合在一 起,在探測物體空間特 征的同時并對每個空間像元色散形成幾十個到上百個波 段帶寬為 10nm 左右的連續(xù)光譜覆蓋。 根據(jù)高光譜成像光譜儀的掃描方式,其工作原理也不盡相同, 作為光學(xué)成像儀成像的一個例子,這里簡述一下焦平面探測器推掃成像原理。

    a.系統(tǒng)工作原理:焦平面探測器推掃成像原理,地面物體的反射光通過物鏡成像在狹縫平面,狹 縫作為光欄使穿軌方向地面物體條帶的像通過,擋掉其他部分光。地面目標(biāo)物的輻射能通過指向鏡,由物 鏡收集并通過狹縫增強準(zhǔn)直照射到色散元件上, 經(jīng)色散元件在垂直條帶方向按光譜色散, 用會聚鏡會聚成像在傳感器使用的二維 CCD 面陣列探測元件被分布在光譜儀的焦平面上。焦平面 的水平方向平行于狹縫, 稱空間維,每一行水平光敏元上是地物條帶一個光譜波段的像;焦平面的垂直方向是色散方向,稱光譜維, 每一列光敏元上是地物。

    條帶一個空間采樣視場 (像元 ) 光譜色散的像。 這樣, 面陣探測器每幀圖像數(shù)據(jù)就 是 一個穿軌方向地物條帶的光譜數(shù)據(jù),連續(xù)記錄光譜圖像,就得到地面二維圖 像。

    b.高光譜成像光譜儀數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)構(gòu)成:高光譜成像光譜儀由光學(xué)系統(tǒng)、信 號前端處理盒、數(shù)據(jù) 采集記錄系統(tǒng)三部分組成。數(shù)據(jù)的回放及預(yù)處理通過 軟件在高性能的微機上完成。軟件具有如下功能:數(shù)據(jù)備份;快速回放;數(shù)據(jù) 規(guī)整和格式轉(zhuǎn)換;圖像分割截取;標(biāo)準(zhǔn)格式的圖像數(shù)據(jù)生成等。

    高光譜成像光譜儀的應(yīng)用

    高光譜成像光譜儀的應(yīng)用范圍遍及化學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域。目 前,高光譜成像光譜 儀在土地利用、農(nóng)作物生長、分類,病蟲害檢測,海洋水 色測量,城市規(guī)劃、石油勘探、地芯地貌及軍事 目標(biāo)識別等方面都有著很廣泛 和深遠的應(yīng)用前景。