高光谱成像光谱扫描成像光谱仪
成像光谱仪特点
成像光谱仪特点
成像光谱仪的主要特点如下：
1、高光谱分辨率：成像光谱仪能够获取地表物体的高光谱分辨率数据，这意味着它能够提供比传统遥感器更详细的地物光谱信息。
这使得成像光谱仪在识别和分析地表物质方面具有更高的精度和灵敏度。
2、多光谱成像：成像光谱仪通常具有多个光谱通道，每个通道覆盖不同的光谱范围。
这使得它能够同时获取地表物体的多个光谱信息，从而提供更全面的地物特征。
3、高空间分辨率：成像光谱仪通常具有较高的空间分辨率，这意味着它能够获取地表物体的详细形状和结构信息。
这使得成像光谱仪在地质调查、环境监测、城市规划等领域具有广泛的应用前景。
4、实时数据处理：成像光谱仪通常配备有实时数据处理系统，能够实时处理和分析获取的光谱数据。
这使得成像光谱仪在实时监测和预警方面具有较高的应用价值。
高光谱遥感成像系统
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近年来，有代表性旳新产品
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热红外成像光谱仪
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几种常见旳航空高光谱成像仪
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2）航天成像光谱仪
在经过航空试验和成功运营应用之后，90年代末期终于迎来了高 光谱遥感旳航天发展。1999年美国地球观察计划（EOS）旳Terra 综合平台上旳中辨别率成像光谱仪（MODIS），欧洲环境卫星 （ENVISAT）上旳MERIS，以及欧洲旳CHRIS卫星相继升空，宣 告了航天高光谱时代旳来临。
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美国对航天成像光谱技术旳研究一直遥遥领先 ，但是发展之路也并非一
帆风顺，全球第一种星载高光谱成像器于1997 年在NASA伴随Lewis卫星
发射升空，它包括了384个波段涵盖了4002500nm波段，不幸旳是这颗
卫星控制出现问题，失去了动力，升空一种月 后就偏离了轨道。2023年
旳Orbview-4卫星发射失败，但是经过数年旳
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80年代早期高光谱航天成像光谱仪
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AVIRIS
航空可见光/红外成像光谱仪AVIRIS。 80年代后期，美国喷气推动研究室（JPL） 制成机载可见红外成像光谱仪（AVIRIS） 旳完整样机。该成像光谱仪可在0.4μm～ 2.45μm旳波长范围获取224个连续旳光谱 波段图像。波段宽度10nm。当飞机在20km 高空飞行 时，图像地面辨别率可达20m。
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四.光谱成像旳方式
完毕成像方式是一种集探测技术，精密光学机械，薄弱信 号探测，计算机技术及信息处理技术等为一体旳综合性技 术。其中硬件技术旳成熟会不断推动成像光谱技术旳提升， 所以有必要对于成像光谱旳硬件技术进行了解。
高光谱遥感旳成像涉及空间维成像和光谱维成像。
高光谱成像光谱仪按照工作原理及分类
高光谱成像光谱仪按照工作原理可分为两种基本类型。
一种是线阵列光学机械式扫描。
这种线阵列成像光谱仪将产生200多个连续窄光谱段。
这种扫描式的高光谱成像光谱仪主要用于航空遥感探测，因为飞机的飞行速度较慢，有利于提高空间分辨率。
如航空可见光/红外成像光谱仪(AVIRIS)可见光/近红外有224个波段，光谱范围从0.38μm~2.5nm，波段宽度很窄，仅为10nm。
中国科学院上海技术物理研究所研制的机载成像光谱仪也是这种类型的。
另一种是面阵列推帚式成像光谱仪。
它利用线阵列探测器进行推帚式扫描，形成二维面阵列，一维是线阵列，另一维作光谱仪。
图像一行一行地记录数据，不再移动元件，有多少个波段就有多少个探测元件。
如加拿大的小型机载成像光谱仪(CASI) 和我国的推帚式成像光谱仪
(PHI)就属于这种类型。
高光谱成像检测技术.
高光谱成像检测技术、高光谱成像技术的简介高光谱成像技术是近二十年来发展起来的基于非常多窄波段的影像数据技术, 其最突出的应用是遥感探测领域, 并在越来越多的民用领域有着更大的应用前景。
它集中了光学、光电子学、电子学、信息处理、计算机科学等领域的先进传统的二维成像技术和光谱技术有机的结合在一起的一门新兴技术。
技术,是高光谱成像技术的定义是在多光谱成像的基础上,在从紫外到近红外（200-2500nm 的光谱范围内,利用成像光谱仪,在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谱波段对目标物体连续成像。
在获得物体空间特征成像的同时, 也获得了被测物体的光谱信息。
高光谱成像技术具有超多波段（上百个波段、高的光谱分辨率（几个nm 、波段窄（＜1-2入光谱范围广（200-2500nm和图谱合一等特点。
优势在于采集到的图像信息量丰富, 识别度较高和数据描述模型多。
由于物体的反射光谱具有“指纹”效应, 不同物不同谱, 同物一定同谱的原理来分辨不同的物质信息。
、高光谱成像系统的组成和成像原理高光谱成像技术的硬件组成主要包括光源、光谱相机（成像光谱仪+CCD 、装备有图像采集卡的计算机。
光谱范围覆盖了200-400nm 、400-1000nm 、900-1700 nm 、1000-2500nm。
CC D朮源「一光栅壯谱以—aI\、「维电移台.样品ACCD。
光谱相机的主要组成部分有：准直镜、光栅光谱仪、聚焦透镜、面阵高光谱成像仪的扫描过程：面阵CCD探测器在光学焦面的垂直方向上做横向排列完成横向扫描（X方向，横向排列的平行光垂直入射到透射光栅上时，形成光栅光谱。
这是一列像元经过高光谱成像仪在CCD上得到的数据。
它的横向是X方向上的像素点，即扫描的一列像元；它的纵向是各像元所对应的光谱信息。
同时,在检测系统输送带前进的过程中，排列的探测器扫出一条带状轨迹从而完成纵向扫描（丫方向。
1\综合横纵扫描信息就可以得到样品的三维高光谱图像数据。
成像光谱仪及其应用概述
成像光谱仪简介及其应用概述成像光谱仪：将成像技术和光谱技术结合在一起，在探测物体空间特征的同时并对每个空间像元色散形成几十个到上百个波段带宽为10nm左右的连续光谱覆盖。
它以高光谱分辨率获取景物或目标的高光谱图像。
在陆地、大气、海洋等领域的研究观测中有广泛的应用。
成像光谱仪–概述成像光谱仪是20世纪80年代开始在多光谱遥感成像技术的基础上发展起来的，它以高光谱分辨率获取景物或目标的高光谱图像，在航空、航天器上进行陆地、大气、海洋等观测中有广泛的应用，高成像光谱仪可以应用在地物精确分类、地物识别、地物特征信息的提取。
建立目标的高光谱遥感信息处理和定量化分析模型后，可提高高光谱数据处理的自动化和智能化水平.。
由于成像光谱仪高光谱分辨率的巨大优势，在空间对地观测的同时获取众多连续波段的地物光谱图像，达到从空间直接识别地球表面物质的目的，成为遥感领域的一大热点，正在成为当代空间对地观测的主要技术手段。
地面上采用成像光谱仪也取得了很大的成果，如科学研究、工农林业环境保护等方面。
成像光谱仪主要性能参数是：（1）噪声等效反射率差（NE∆p），体现为信噪比（SNR）；（2）瞬时视场角（IFOV），体现为地面分辨率；（3）光谱分辨率，直观地表现为波段多少和波段谱宽。
高光谱分辨率遥感信息分析处理，集中于光谱维上进行图象信息的展开和定量分析，其图象处理模式的关键技术有：⑴超多维光谱图象信息的显示，如图像立方体（见图一）的生成；⑵光谱重建，即成像光谱数据的定标、定量化和大气纠正模型与算法，依此实现成像光谱信息的图象-光谱转换；⑶光谱编码，尤其指光谱吸收位置、深度、对称性等光谱特征参数的算法；⑷基于光谱数据库的地物光谱匹配识别算法；⑸混合光谱分解模型；⑹基于光谱模型的地表生物物理化学过程与参数的识别和反演算法。
高光谱分辨率成像光谱遥感起源于地质矿物识别填图研究，逐渐扩展为植被生态、海洋海岸水色、冰雪、土壤以及大气的研究中。
Headwall高光谱成像光谱仪
Hyperspec 高光谱成像分析仪
TM
遥感探测
生命科学
食品安全
流程制造
采矿与产探测
空间与卫星
系统规格
国际认同，多项奖励
100 Award
Product Innovation Award
Achievement Award
New England Innovation Award
一体 式 镜扫系 统
自动聚焦、扫描功能 快速获取高光谱空间数据 可选定位平台、光源等
机载/艇 载系统
低重量 、 高性能的成像光谱 系统 可见 、 近红外多波段可选 完整硬件 、 软件支持的解决 方案
NBL IMAGING SYSTEM LTD．
应用领域
遥感探测 精细农业，环境监测 采矿和勘探 食品安全和质量控制 军事/国 防,目 标识别和跟踪 法庭科学 生命科学，显微成像 制药，药物研究 循环生产和分选 机器视觉 叶片的高光谱观察和伪彩显示
TM
TM
室内、室外 、镜扫、机载/艇 载等多 种平台可选
带移 动 台的室 内 平台
配备全视野宽度均一线性照 明光源, VIS-SW IR通用 同步载物台/相 机操作 光源距离和成像距离可调 250毫米线性移动距离，0.5um 步进精度
倾斜和 摆 扫的 野 外平台
倾斜和摆扫两种模式,多 个 安装位置 最大有效载荷：11Kg 旋转精度：0.0075° 全景环扫功能
Hyperspec 高光谱成像分析仪
产品特点 Hyperspec 高光谱成像分析仪
专利的全息光栅为核心的C-T同轴反射光路设计 优良的色差校正光学性能, 超 低杂散光<0.02% 出厂前光学校准，使用时无需再次校准 狭缝可更换，适用多种环境要求 最佳高光谱分辨率 1-2 nm 光谱探测无运动部件，成像更稳定 VIS, VNIR, EVNIR, NIR, SW IR可选 （380-825nm）,（400-1000nm）,（600-1600nm）, （900-1700nm）,（ 1000-2500 nm） 多种焦距像差校正镜头可选, 最 大光圈F/ N1.4~2.2 (根据镜头选择略有不同) 可选光纤输入，多达100点以上同步探测能力
高光谱成像技术进展（光电检测技术大作业）（精华）
高光谱成像技术进展By 130405100xx 一．高光谱成像技术的简介高光谱成像技术的出现是一场革命，尤其是在遥感界。
它使本来在宽波段不可探测的物质能够被探测，其重大意义已得到世界公认。
高光谱成像技术光谱分辨率远高于多光谱成像技术，因此高光谱成像技术数据的光谱信息更加详细,更加丰富,有利于地物特征分析。
有人说得好，如果把多光谱扫描成像的MSS ( multi-spectral scanner) 和TM( thematic mapper) 作为遥感技术发展的第一代和第二代的话, 那么高光谱成像( hyperspectral imagery) 技术则是第三代的成像技术。
高光谱成像技术的具体定义是在多光谱成像的基础上，从紫外到近红外（200-2500nm）的光谱范围内，利用成像光谱仪，在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谐波段对目标物体连续成像。
在获得物体空间特征成像的同时，也获得了被测物体的光谱信息。
（一）高光谱成像系统的组成和成像原理而所谓高光谱图像就是在光谱维度上进行了细致的分割，不仅仅是传统所谓的黑、白或者R、G、B的区别，而是在光谱维度上也有N个通道，例如：我们可以把400nm-1000nm分为300个通道。
因此，通过高光谱设备获取到的是一个数据立方，不仅有图像的信息，并且在光谱维度上进行展开，结果不仅可以获得图像上每个点的光谱数据，还可以获得任一个谱段的影像信息。
目前高光谱成像技术发展迅速，常见的包括光栅分光、声光可调谐滤波分光、棱镜分光、芯片镀膜等。
下面分别介绍下以下几种类别：（1）光栅分光光谱仪空间中的一维信息通过镜头和狭缝后，不同波长的光按照不同程度的弯散传播，这一维图像上的每个点，再通过光栅进行衍射分光，形成一个谱带，照射到探测器上，探测器上的每个像素位置和强度表征光谱和强度。
一个点对应一个谱段，一条线就对应一个谱面，因此探测器每次成像是空间一条线上的光谱信息，为了获得空间二维图像再通过机械推扫，完成整个平面的图像和光谱数据采集。
高光谱遥感第二章ppt课件
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
我校现有设备 Headwall
- 成像光谱仪的光谱与辐射定标技术
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
- 成像光谱信息处理技术
海量数据非失真压缩技术 高速化处理技术 辐射量的定量化和归一性 图像特征提取及三维谱像数据的可视化
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
5 成像光谱仪的空间成像方式 高光谱遥感成像包括空间维成像和光谱维成
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
1 基本概念
光谱学 成像技术
成像 光谱学
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
(1) 光谱分辨率 —指探测器在波长方向上的记录宽度，又称为
波段宽度。
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
(2) 空间分辨率—对于成像光谱仪，其空间分辨率 是由仪器的角分辨力，即仪器的瞬时视场角 （IFOV）决定的。
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
- 二元光学元件成像光谱技术
二元光学元件沿轴向色散，利用面阵CCD 探测器沿光轴方向对所需波段的成像范围进行 扫描，每一位置对应相应波长的成像区。
- 三维成像光谱技术
三维成像光谱仪是在光栅色散型成像光谱 仪的基础上改进而来的，其核心是一个像分割 器，将二维图像分割转换为长带状图像。
(3）仪器的视场角（FOV）—指仪器的扫描镜在空中 扫过的角度。
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
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3.1 遥感平台
3、航天遥感平台
卫星轨道参数
1、赤道坐标系
赤道坐标系是取赤道面 为基准面，以地球自转 轴、以及从地心指向春 分点的直线为坐标轴所 构成的坐标系。虽然由 于地轴的进动，该坐标 系相对于恒星其位置是 变动的，但是，对于轨 道寿命有限的卫星运动 来说，影响很小。
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3.1 遥感平台
地球静止轨道（geostationary satellite orbit） 能够长时间观测特定地区，卫星高度高，能将大范围的区域 同时收入视野，应用于气象和通讯领域
太阳同步轨道（ sun-synchronous satellite orbit ）：
卫星的轨道面以与地球的公转方向相同方向而同时旋转的近 圆形轨道。
2
3.1 遥感平台 3、航天遥感平台
按航天遥感平台的服务内容，可分为 1）气象卫星系列 2）陆地卫星系列 3）海洋卫星系列
课本知识自学
3
3.1 遥感平台 3、航天遥感平台
航天遥感特点：
观察范围大，发现宏观、整体的特征； 效率高于航空遥感； 获取同样数量的数据时，费用较低； 适于动态监测； 分辨率一般低于航空遥感，但已大大改善
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开普勒定律（
Major axis
Minor axis
9
3.1 遥感平台 3、航天遥感平台
开普勒第三定律
行星的公转周期的平方与它的轨道平均半径的立方成正比。
卫星绕地球的运行周期的平方与它的轨道平均半径的立方成 正比。 T2/（R+H）3=C T：运行周期，R：地球半径；H：离地高度；C：开普勒常数
当i=90时，卫星绕过两极运行，叫“极轨”或“两极”卫星；
当i=0或180时，卫星绕赤道上空运行，叫“赤道卫星”。
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（2）升交点赤经
卫星由南向北运行时经 过赤道平面的那一点，叫 “升交点” ；该点离春 分点的经度值就是升交点 赤经。
轨道倾角和升交点赤 经共同决定卫星轨道平 面的空间位置。
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（5） 椭圆偏心率
椭圆轨道两个焦点间距离之半与半长轴的比值，用以 表示轨道的形状。
（6）卫星过近地点时刻
以近地点为基准表示轨道面内卫星位置的量
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3.1 遥感平台
3、航天遥感平台
其它一些常用的遥感卫星参数
(R
T
2
H
)3
c
卫星高度：卫星距离地面的高程
H 3 T2 R C
T 运行周期：卫星绕地球一圈所需的时间 c (R H )3
3.1 遥感平台 1、遥感系统
1）目标物的电磁波特性 2）信息的获取（传感器和遥感平台） 3）信息的接收 4）信息的处理 5）信息的应用
1
3.1 遥感平台
2、遥感平台
1）地面平台
高度：0-50米，车、船、塔等
2）航空平台
高度：百米-万米不等，低、中、高空飞机，以及飞艇、 气球等。
3）航天平台
高度：150-36000千米，包括航天飞机（300KM）、极轨 卫星（700-900KM）、地球同步轨道卫星（36000KM）
6
3.1 遥感平台 3、航天遥感平台
开普勒定律（1）
近日点
b 太阳
2ea
a
远日点
地球轨道 7
3.1 遥感平台 3、航天遥感平台
二、开普勒第二定律 从地心或者太阳中心到星体的连线（星体向径），在 单位时间扫过的面积相等（面积速度守恒）。 卫星在离地近的地方经过时的速度要快些，在离地远的 地方运行的速度要慢些。
4
3.1 遥感平台 3、航天遥感平台
遥感卫星的姿态与轨道参数 姿态描述： 1. 三轴倾斜：
滚动：横向摇摆；俯仰：纵向摇摆；偏航：偏移运行轨道
2. 振动：非系统性的不稳定振动
影响数据质量，使用数据前需进行几何纠正
5
3.1 遥感平台 3、航天遥感平台
卫星空间轨道及其运行特征
（一）开普勒定律 卫星在空间运行，遵循天体运动的开普勒三定 律。 一、开普勒第一定律 星体绕地球（或者太阳）运动的轨道是一个椭 圆，地球（太阳）位于椭圆的一个焦点上。 轨道离地最近的点称近地点，反之为远地点。
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3.1 遥感平台
3、航天遥感平台
地球静止卫星轨道
(geostationary satellite orbit)
卫星运行周期与地球自转周期(23小时56分4秒)相同的 轨道称为地球同步卫星轨道(Geosynchronous satellite orbit)(简 称同步轨道);
在无数条同步轨道中,有一条圆形轨道,它的轨道平面与地 球赤道平面重合,在这个轨道上的所有卫星,从地面上看都像是 悬在赤道上空静止不动,这样的卫星称为地球静止轨道卫星,简 称静止卫星, 这条轨道就称为地球静止卫星轨道, 简称静止卫星 轨道, 高度大约是35800公里。
重复周期：卫星从某地上空开始运行，经过若干时间的运行
后，回到该地上空时所需的天数
降交点时刻：卫星经过降交点时的地方太阳时的平均值
扫描宽度：传感器所观测的地面带的横向宽度
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3.1 遥感平台 3、航天遥感平台
遥感卫星的轨道类型
地球同步轨道（Geosynchronous satellite orbit ）
人们通常简称的同步轨道卫星一般指的是静止卫星。
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3.1 遥感平台 3、航天遥感平台
太阳同步轨道
(sun synchronous orbit)
卫星的轨道平面与赤道平面的夹角一般是不会变的, 但 会绕地球自转轴旋转。
轨道平面绕地球自转轴旋转的方向与地球公转的方向 相同, 旋转的角速度等于地球公转的平均角速度, 即0.9856度 /日或360度/年, 这样的轨道称为太阳同步轨道。
3、航天遥感平台
卫星轨道参数
2、六个基本轨道参数
（1）轨道倾角
轨道平面与地球赤道平面的夹角。具体计算是在卫星轨道升 段时由赤道平面反时针旋转到轨道平面的夹角。
当0<i<90时，卫星运动方向与地球自转方向一致，因此叫“正方向 卫星”；
当90<i<180时，叫“反方向卫星”，即卫星运动与地球自转方向相 反；
（3）近地点幅角
地心与升交点连线和地 心与近地点连线之间的 夹角。由于入轨后其升 交点和近地点是相对稳 定的，所以近地点幅角 通常是不变的，它可以 决定轨道在轨道平面内 的方位。
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（4）椭圆半长轴
近地点和远地点连线的一半，它标志卫星轨道的大小。 它确定了卫星距地面的高度，按照卫星高度的不同又将 卫星分为低轨卫星（150—300公里）、中轨卫星（约 1000公里左右）和高轨卫星（36000公里处）。