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1高光谱遥感成像系统第1页/共65页 2一.遥感传感器成像技术的发展第2页/共65页 3成像光谱技术则把遥感波段从几个、几十个推向数百个、上千个。高光谱遥感数据每个像元可以提供几乎连续的地物光谱曲线，使我们利用高光谱反演陆地细节成为可能。如一个TM波段内只记录一个数据点，而航空可见光/红外光成像光谱仪(AVIRIS)记录这一波段范围内的光谱信息用10个以上数据点。第3页/共65页 4 全色（黑白）--彩色摄影—多光谱扫描成像—高光谱遥感1960年人造地球卫星围绕地球获取地球的图片资料时，成像就成为研究地球的有利工具。在传统的成像技术中，黑白图像的灰度级别代表了光学特性的差异因而可用于辨别不同的材料。对地球成像时，选择一些颜色的滤波片成像对于提高对特殊农作物、研究大气、海洋、土壤等的辨别能力大有裨益。这就是人类最早的多光谱成像（Multispectral imaging）。1980年高光谱成像技术（Hyperspectral Imaging）诞生了，它最早是机载的成像光谱仪（Airborne Imaging Spectrometer），如今已拓展到先进的可见和红外成像光谱仪（AVIRIS），这两种最早都诞生在NASA的JPL中心（NASA：美国国家航天航空管理局）。历史发展第4页/共65页 5第5页/共65页 6与地面光谱辐射计相比，成像光谱仪不是在“点”上的光谱测量，而是在连续空间上进行的光谱测量，因此它是光谱成像的，与传统多光谱遥感相比，其波段不是离散的而是连续的，因此从它的每个像元均能提取一条光滑而完整的光谱曲线，如图所示。成像光谱仪解决了传统科学领域“成像无光谱”和“光谱不成像”的历史问题。二.成像光谱仪的特点第6页/共65页 7光谱分辨率：遥感器能分辨的最小波长间隔，是遥感器的性能指标。比如图中纵坐标（y轴）表示探测器的光谱响应，横坐标（x轴）代表波长，那么光谱分辨率被定义为仪器达到光谱响应最大值的50%的波长宽度。特点1：高光谱分辨率高第7页/共65页 8空间分辨率：成像光谱仪的一个瞬间视场，即在一瞬间遥感系统探测单元所对应的瞬间视场（IFOV）。IFOV以毫弧度（mrad）计量，其对应的地面大小被称为地面分辨率单元（Ground Resolution Cell，GR）它们的关系为： GR = 2*tan(IFOV/2)*H 第8页/共65页 9时间分辨率：对同一地点进行遥感采样的时间间隔，即采样时间的频率。信噪比（SNR）：signal to noise ratio,遥感器采集的信号和噪声之比。信噪比的高低直接影响了图像分类和图像识别等处理效果。在实际应用中，空间分辨率和光谱分辨率以及信噪比是相互制约的，两种分辨率的提高都会降低信噪比，那么必须综合考虑这三个方面的指标，进行取舍。第9页/共65页 10TM图象SPOT图象传统传感器的分辨率第10页/共65页 11ROSIS图象PHI图象第11页/共65页 12第12页/共65页 13特点2：图谱合一第13页/共65页 14特点3：波段多，在某一个波段范围连续成像第14页/共65页 15三.高光谱遥感图象数据表达成像光谱图象相对于其他一般遥感图象的主要优势在于：除了拥有二维的平面图之外，更包含了光谱维，从而蕴涵了丰富的图象及光谱信息。为了给用户一个直观和形象的认识，通常我们在二维图象信息的基础上，添加光谱维，形成一个三维的坐标空间。第15页/共65页 16OXY平面：与传统的图象平面相同，表示黑白单波段图象，反应一个波段的信息。OXZ平面：y方向的光谱切面OYZ平面：x方向的光谱切面 它们代表一条直线上的光谱信息。第16页/共65页 17第17页/共65页 18第18页/共65页 19Envi里面的实践环节第19页/共65页 20四.光谱成像的方式完成成像方式是一个集探测技术，精密光学机械，微弱信号探测，计算机技术及信息处理技术等为一体的综合性技术。其中硬件技术的成熟会不断推动成像光谱技术的提高，因此有必要对于成像光谱的硬件技术进行了解。高光谱遥感的成像包括空间维成像和光谱维成像。时间探测器场景通道1通道2通道K+++噪声输出图像第20页/共65页 21了解两个概念：视场角：仪器在空中所扫描的角度，它决定了地面的扫描幅宽。凝视时间：仪器视场角扫过地面单元所持续的时间。凝视的时间越长，进入探测器的能量越多。光谱响应和图像的信噪比越高。第21页/共65页 22空间维成像通过飞行平台的平动和飞行平台上成像光谱仪的工作模式来决定，常用的工作模式为摆扫型和推扫型。1）摆扫型成像光谱仪摆扫型成像光谱仪由光机左右摆扫和飞行平台向前运动完成二维空间成像，其中线列探测器完成每个瞬时视场像元的光谱维获取。成像光谱仪由探测器360度摇摆，飞机向前运动，形成二维空间成像。如