高光谱遥感的传感器是成像光谱仪ImagingSpectrometer
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高光谱遥感第四章
资源调查
高光谱遥感能够调查土地利用、矿产 资源、森林资源等自然资源，为资源 管理和规划提供数据基础。
02
高光谱遥感技术
采集技术
采集方式
高光谱遥感通过卫星、飞机等平台搭载传感器，对地表进行宽范 围、高分辨率的成像。
采集波段
高光谱遥感能够获取数十至数百个波段的地物光谱信息，覆盖可见 光、近红外、短波红外等波段。
利用不同尺度的数据源进行融合，能 够同时获取地物的细节信息和全局信 息。
像素级融合
特征级融合
决策级融合
多尺度融合
基于像素点的融合方法，如加权融合、 主成分分析融合等，能够充分利用不 同数据源的信息。
基于分类结果的融合方法，将不同数 据源的分类结果进行组合，提高分类 精度和可靠性。
04
高光谱遥感应用案例
辐射定标和大气校正
将高光谱图像的物理量转换为反射率 或辐射亮度，消除大气和太阳辐射的 影响。
光谱复原
对由于散射和吸收造成的光谱畸变进 行校正，恢复地物真实光谱。
地理编码
将高光谱图像的像素坐标与地理坐标 对应起来，便于后续的空间分析和定 位。
数据分类
监督分类
基于已知训练样本的类别信息进行分类， 如支持向量机、随机森林等。
采集分辨率
高光谱遥感的分辨率通常达到纳米级别，能够提供更精细的地物光 谱特征。
处理技术
数据预处理
包括辐射定标、大气校正、几何校正等步骤，以消除传感器误差和 大气干扰，获取准确的地物光谱数据。
图像融合
将不同波段的高光谱图像进行融合，提高图像的空间分辨率和信息 量。
数据压缩
对高光谱数据进行压缩，降低数据存储和传输成本。
高光谱遥感技术能够提供比传统遥感更丰富、更精细的地物光谱信息，从而实现 对地物的精细分类、识别和监测。
高光谱遥感
高光谱遥感应用
概念： 具有比较高的光谱分辨 率，通常能达到10-2λ数量级，
高光谱遥感具有波段多的特 点，光谱通道数多达数十甚 至数百个以上，而且各通道 间往往是连续的，因此高光 谱遥感通常也被称为成像光 谱遥感（Imaging Spectrometry）。
基本概念
遥感成像技术的发展一直伴随着两方面的进步：一是通
④定量化的连续光谱曲线数据为地物光谱机理模型引入图像分类提
供了条件。 劣势：
①对数据冗余处理不当，反而会影响分类精度；
②对定量化要求高，数据前处理复杂； ③波段多，波段间的相关性大，对训练样本数量要求高；
④使用统计学分类模型对光谱特征选择要求很高。
四、高光谱图像分类与目标识别
面向高光谱图像特点的分类算法:
高光谱图像目标识别:
①从数字信号到辐射值的转换，这个过程要求在辐射和光谱上有
高精度的定标；
②剔除大气效应：从辐射值到地面视反射率； ③纠正光照几何因素和地形影响：视反射率到地面反射率； ④光谱特征选择、特征提取、数据空间转换等； ⑤从光谱数据库中提取所要识别的目标标准光谱；或者从图像中 提取光谱端元、识别和确认所找出的端元光谱； ⑥光谱匹配和识别，采用全波形匹配或者特征参量光谱匹配；也 可以采用混合光谱分解的方法，分解每一像元光谱，得出每像元 中各端元组分的相对含量。
谱特征空间，但它包括了该对象的主要特征光谱，并在一个 含有多种目标对象的组合中，该子集能够最大限度地区别于 其它地物。
光谱特征选择：光谱特征位置搜索 光谱相关性分析 光谱距离统计
三、高光谱图像光谱分析技术 （光谱特征位置搜索）
包络线去除（Continuum Removal ）：光谱曲线的包络线从 直观上看，相当于光谱曲线的“外壳”。
概念： 具有比较高的光谱分辨 率，通常能达到10-2λ数量级，
高光谱遥感具有波段多的特 点，光谱通道数多达数十甚 至数百个以上，而且各通道 间往往是连续的，因此高光 谱遥感通常也被称为成像光 谱遥感（Imaging Spectrometry）。
基本概念
遥感成像技术的发展一直伴随着两方面的进步：一是通
④定量化的连续光谱曲线数据为地物光谱机理模型引入图像分类提
供了条件。 劣势：
①对数据冗余处理不当，反而会影响分类精度；
②对定量化要求高，数据前处理复杂； ③波段多，波段间的相关性大，对训练样本数量要求高；
④使用统计学分类模型对光谱特征选择要求很高。
四、高光谱图像分类与目标识别
面向高光谱图像特点的分类算法:
高光谱图像目标识别:
①从数字信号到辐射值的转换，这个过程要求在辐射和光谱上有
高精度的定标；
②剔除大气效应：从辐射值到地面视反射率； ③纠正光照几何因素和地形影响：视反射率到地面反射率； ④光谱特征选择、特征提取、数据空间转换等； ⑤从光谱数据库中提取所要识别的目标标准光谱；或者从图像中 提取光谱端元、识别和确认所找出的端元光谱； ⑥光谱匹配和识别，采用全波形匹配或者特征参量光谱匹配；也 可以采用混合光谱分解的方法，分解每一像元光谱，得出每像元 中各端元组分的相对含量。
谱特征空间，但它包括了该对象的主要特征光谱，并在一个 含有多种目标对象的组合中，该子集能够最大限度地区别于 其它地物。
光谱特征选择：光谱特征位置搜索 光谱相关性分析 光谱距离统计
三、高光谱图像光谱分析技术 （光谱特征位置搜索）
包络线去除（Continuum Removal ）：光谱曲线的包络线从 直观上看，相当于光谱曲线的“外壳”。
第3章遥感传感器及其成像原理.
❖ 经探测器输出视频信号。 ❖ 经电子放大器放大和调制。 ❖ 在阴极射线管上显示出一条相应于地面扫描视场内的
景物的图像线，这条图像线经曝光后在底片上记录下 来。 ❖ 接着第二个扫描镜面扫视地面，由于飞机向前运动， 胶片也作同步旋转，记录的第二条图像正好与第一条 衔接。依次下去，就得到一条与地面范围相应的二维 条带图像。
缝隙式摄影机
镜头转动式摄影机
3.1.1 摄影类传感器分类
➢ 全景摄影畸变：相片两端的地表景物被压缩。
3.1.1 摄影类传感器分类
3. 多光谱摄影机
多光谱摄影机指对同一地区，在同一瞬间摄取多 个波段影像的摄影机。采用多光谱摄影的目的 ，是充分利用地物在不同光谱区，有不同的反 射特征，来增加获取目标的信息量，以便提高 影像的判读和识别能力。
❖ 又由于扫描总视场为 11.56°，地面宽度为185km，因 此扫描一次每个波段获取6条扫描线图像，其地面范 围为 474m * 185km。
❖ 又因扫描周期为73.42ms，卫星速度（地速）为 6.5km/s，在扫描一次的时间里卫星往前正好移动 474m，因此扫描线恰好衔接。
❖ 自西往东对地面的有效扫描时间为33ms，即在33ms内扫描 地面的宽度为185km，按以上宽度计算，每9.958 μs内扫描 镜视轴仅在地面上移动了56m，因此采样后的MSS像元空间 分辨率为56m * 79m （Landsat为68m * 83m）。
四、 ETM+增强型专题制图仪
表3-4
波段号 类型
1
Blue-Green
波谱范围 /um 0.450-0.515
地面分辨率 30m
2
Green
0.525-0.605
30m
3
Red
景物的图像线，这条图像线经曝光后在底片上记录下 来。 ❖ 接着第二个扫描镜面扫视地面，由于飞机向前运动， 胶片也作同步旋转，记录的第二条图像正好与第一条 衔接。依次下去，就得到一条与地面范围相应的二维 条带图像。
缝隙式摄影机
镜头转动式摄影机
3.1.1 摄影类传感器分类
➢ 全景摄影畸变：相片两端的地表景物被压缩。
3.1.1 摄影类传感器分类
3. 多光谱摄影机
多光谱摄影机指对同一地区，在同一瞬间摄取多 个波段影像的摄影机。采用多光谱摄影的目的 ，是充分利用地物在不同光谱区，有不同的反 射特征，来增加获取目标的信息量，以便提高 影像的判读和识别能力。
❖ 又由于扫描总视场为 11.56°，地面宽度为185km，因 此扫描一次每个波段获取6条扫描线图像，其地面范 围为 474m * 185km。
❖ 又因扫描周期为73.42ms，卫星速度（地速）为 6.5km/s，在扫描一次的时间里卫星往前正好移动 474m，因此扫描线恰好衔接。
❖ 自西往东对地面的有效扫描时间为33ms，即在33ms内扫描 地面的宽度为185km，按以上宽度计算，每9.958 μs内扫描 镜视轴仅在地面上移动了56m，因此采样后的MSS像元空间 分辨率为56m * 79m （Landsat为68m * 83m）。
四、 ETM+增强型专题制图仪
表3-4
波段号 类型
1
Blue-Green
波谱范围 /um 0.450-0.515
地面分辨率 30m
2
Green
0.525-0.605
30m
3
Red
高光谱遥感
遥感分类
多光谱遥感：国际遥感界的共识是光谱分辨率在λ /10数量级范围 的称为多光谱(Multispectral)，这样的遥感器在可见光和近红外 光谱区只有几个波段，如美国 LandsatMSS，TM，法国的SPOT等。 高光谱遥感：光谱分辨率在λ /100的遥感信息称之为高光谱遥感 (HyPerspectral)。它是在电磁波谱的可见光，近红外，中红外和 热红外波段范围内，获取许多非常窄的光谱连续的影像数据的技术。 其成像光谱仪可以收集到上百个非常窄的光谱波段信息。高光谱遥 感是当前遥感技术的前沿领域,它利用很多很窄的电磁波波段从感 兴趣的物体获得有关数据，它包含了丰富的空间、辐射和光谱三重 信息。高光谱遥感使本来在宽波段遥感中不可探测的物质,在高光 谱遥感中能被探测。 超高光谱遥感：而随着遥感光谱分辨率的进一步提高，在达到 λ /1000时，遥感即进入超高光谱(ultraspeetral)阶段。
土壤属性高光谱反演
土壤盐分
在土壤反射光谱中的特征光谱，从而对土壤营养状况和
土壤侵蚀状况做进一步检测与评价。有图可知，总氮在 0.55-0.60μm之间和0.80-0.85μm之间有较明显的反射峰 ，在1.4μm周围有较显著的吸收谷。
土壤水分
当土壤的含水率增加时，土壤的反射率下降，在水的吸
Hyperion/EO-1
Hyperion 传感器搭载于 EO-1 卫星平台，EO-1(Earth
Observing-1)是美国NASA 面向 21 世纪为接替 LandSat-7 而 研制的新型地球观测卫星，于 2000 年 11月发射升空，其卫 星轨道参数与 LandSat-7 卫星的轨道参数接近，之所以设计 相同轨道，目的是为了使 EO-1 和 LandSat-7 两颗星的图像 每天至少有 1~4 景重叠，以便进行比对。 传统的陆地资源卫星只提供为数不多的七个多光谱波段，远 远不能满足各种实际应用的需要，因此美国地质调查局 （USGS）与美国宇航局（NASA）合作发射了 EO-1 卫星， 并在该卫星上搭载了三种传感器分别是 ALI (the Advanced Land Imager), Hyperion, LEISA （the Linear Etalon Imaging Spectrometer Array）Atmospheric Corrector
多光谱遥感：国际遥感界的共识是光谱分辨率在λ /10数量级范围 的称为多光谱(Multispectral)，这样的遥感器在可见光和近红外 光谱区只有几个波段，如美国 LandsatMSS，TM，法国的SPOT等。 高光谱遥感：光谱分辨率在λ /100的遥感信息称之为高光谱遥感 (HyPerspectral)。它是在电磁波谱的可见光，近红外，中红外和 热红外波段范围内，获取许多非常窄的光谱连续的影像数据的技术。 其成像光谱仪可以收集到上百个非常窄的光谱波段信息。高光谱遥 感是当前遥感技术的前沿领域,它利用很多很窄的电磁波波段从感 兴趣的物体获得有关数据，它包含了丰富的空间、辐射和光谱三重 信息。高光谱遥感使本来在宽波段遥感中不可探测的物质,在高光 谱遥感中能被探测。 超高光谱遥感：而随着遥感光谱分辨率的进一步提高，在达到 λ /1000时，遥感即进入超高光谱(ultraspeetral)阶段。
土壤属性高光谱反演
土壤盐分
在土壤反射光谱中的特征光谱，从而对土壤营养状况和
土壤侵蚀状况做进一步检测与评价。有图可知，总氮在 0.55-0.60μm之间和0.80-0.85μm之间有较明显的反射峰 ，在1.4μm周围有较显著的吸收谷。
土壤水分
当土壤的含水率增加时，土壤的反射率下降，在水的吸
Hyperion/EO-1
Hyperion 传感器搭载于 EO-1 卫星平台，EO-1(Earth
Observing-1)是美国NASA 面向 21 世纪为接替 LandSat-7 而 研制的新型地球观测卫星，于 2000 年 11月发射升空，其卫 星轨道参数与 LandSat-7 卫星的轨道参数接近，之所以设计 相同轨道，目的是为了使 EO-1 和 LandSat-7 两颗星的图像 每天至少有 1~4 景重叠，以便进行比对。 传统的陆地资源卫星只提供为数不多的七个多光谱波段，远 远不能满足各种实际应用的需要，因此美国地质调查局 （USGS）与美国宇航局（NASA）合作发射了 EO-1 卫星， 并在该卫星上搭载了三种传感器分别是 ALI (the Advanced Land Imager), Hyperion, LEISA （the Linear Etalon Imaging Spectrometer Array）Atmospheric Corrector
高光谱遥感
21
三、高光谱遥感发展历程（国内）
它是指在特定光谱域以高光谱分辨率同时获得连续的地物 光谱图像, 使得遥感应用可以在光谱维上进行空间展开, 定量分 析地球表层生物物理化学过程与参数。
之后, 成像光谱技术的研究进入了一个高速发展期, 各国纷 纷投入资金加大成像光谱仪的研究己加拿大、日本、澳大利亚 等国, 相继研制出了不同应用目的的成像光谱仪。 我国在成像 光谱仪的研究开发方面也取得了引人瞩目的成绩, 相继成功研制 出
6
讲课提纲：
6. 高光谱数据综合分析与系统构建 6.1 高空间分辨率与高光谱数据融合 6.2 空间信息辅助下的高光谱数据分析 6.3 时间信息辅助下的高光谱数据分析 6.4 高光谱数据处理与分析系统
7. 高光谱遥感应用 7.1 高光谱遥感应用——精准农业 7.2 高光谱遥感应用——植被生态 7.3 高光谱遥感应用——内陆水质 7.4 高光谱遥感应用——地质矿产 7.5 高光谱遥感应用——大气环境
MIDAS
MIDAS –TASC
ENVI
The Environment for Visualizing Images, Research Systems Inc
ERDAS
ERDAS-Hyperspectral Data Analysis Package
TETRACORDER
U.S. Geological Survey
22
三、高光谱遥感发展历程（国际）
20世纪70年代末期，成像光谱概念形成初期（美国GER的航空光谱研究，
美国喷气推进实验室JPL的航天飞机多光谱红外辐射计SMIRR ）
GER的航空光 谱仪成功地检
1983年，第一台高分辨力航空成像光谱仪 （Airborne Imaging Spectrometer，AIS-1） ，JPL
三、高光谱遥感发展历程（国内）
它是指在特定光谱域以高光谱分辨率同时获得连续的地物 光谱图像, 使得遥感应用可以在光谱维上进行空间展开, 定量分 析地球表层生物物理化学过程与参数。
之后, 成像光谱技术的研究进入了一个高速发展期, 各国纷 纷投入资金加大成像光谱仪的研究己加拿大、日本、澳大利亚 等国, 相继研制出了不同应用目的的成像光谱仪。 我国在成像 光谱仪的研究开发方面也取得了引人瞩目的成绩, 相继成功研制 出
6
讲课提纲：
6. 高光谱数据综合分析与系统构建 6.1 高空间分辨率与高光谱数据融合 6.2 空间信息辅助下的高光谱数据分析 6.3 时间信息辅助下的高光谱数据分析 6.4 高光谱数据处理与分析系统
7. 高光谱遥感应用 7.1 高光谱遥感应用——精准农业 7.2 高光谱遥感应用——植被生态 7.3 高光谱遥感应用——内陆水质 7.4 高光谱遥感应用——地质矿产 7.5 高光谱遥感应用——大气环境
MIDAS
MIDAS –TASC
ENVI
The Environment for Visualizing Images, Research Systems Inc
ERDAS
ERDAS-Hyperspectral Data Analysis Package
TETRACORDER
U.S. Geological Survey
22
三、高光谱遥感发展历程（国际）
20世纪70年代末期，成像光谱概念形成初期（美国GER的航空光谱研究，
美国喷气推进实验室JPL的航天飞机多光谱红外辐射计SMIRR ）
GER的航空光 谱仪成功地检
1983年，第一台高分辨力航空成像光谱仪 （Airborne Imaging Spectrometer，AIS-1） ，JPL
高光谱遥感成像系统
aviris data
33
近年来，有代表性旳新产品
34
热红外成像光谱仪
35
几种常见旳航空高光谱成像仪
36
37
38
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。
39
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
31
80年代早期高光谱航天成像光谱仪
32
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。
19
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。
33
近年来，有代表性旳新产品
34
热红外成像光谱仪
35
几种常见旳航空高光谱成像仪
36
37
38
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。
39
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
31
80年代早期高光谱航天成像光谱仪
32
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。
19
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。
高光谱原理及应用简介
高光谱简介
目录
1
高光谱遥感的基本概念
2
高光谱遥感器及平台
3
高光谱遥感技术
4
高光谱遥感技术应用
从嫦娥一号说起
Moon Observing
嫦娥一号的高光谱干涉成像光谱仪
光学遥感的发展阶段
• 国际遥感界认为光谱分辨率在10-1λ数量级范围内的为多光谱遥感 (Multispectral)；
• 光谱分辨率在10-2λ的遥感信息称之为高光谱(Hyperspectral)遥感。 • 随着遥感光谱分辨率的进一步提高，在达到10-3λ时，遥感即进入了超高光谱
土壤研究中应用
• 连续窄带短波红外光谱信息，为土壤评价与监测提供了强 有力的工具。
• 高光谱分辨率遥感作为一种手段可以用来提供土壤表面状 况及其性质的空间信息，亦可用来评价探测土壤性质细微 差异的潜力。
• 高光谱在土壤研究中的价值主要在于土壤类型的填图、土 壤中矿物成分定量鉴别、土壤湿度、土壤有机质、土壤侵 蚀以及土壤退化监测，从成像光谱图像定量反演土壤物理 化学参数，对土壤潜在生产力评价以及监测由于风蚀、水 侵、盐碱化、沙漠化造成的土地退化现象。
• 通过对植被光谱特征的分析也是找矿的依据，由 于矿物中金属离子对植被的侵蚀，会引起植被的 病变，使得植被近红外高反射峰就会向短波方向 移动5-20纳米，成为“红边蓝移”现象。高光谱 遥感就有能力发现这种现象。
地质
黄铁矿 黄钾铁矾矿 针铁矿和 黄钾铁矾
针铁矿
赤铁矿
植被生态学
• 植被群落、植被种类的分类与识别； • 冠层结构、状态或活力的评价、冠层水文状态与冠层生物
农业-农作物的识别和品种划分
不同成熟度的水稻和不同深浅的水域分类
农业-农作物的识别和品种划分
目录
1
高光谱遥感的基本概念
2
高光谱遥感器及平台
3
高光谱遥感技术
4
高光谱遥感技术应用
从嫦娥一号说起
Moon Observing
嫦娥一号的高光谱干涉成像光谱仪
光学遥感的发展阶段
• 国际遥感界认为光谱分辨率在10-1λ数量级范围内的为多光谱遥感 (Multispectral)；
• 光谱分辨率在10-2λ的遥感信息称之为高光谱(Hyperspectral)遥感。 • 随着遥感光谱分辨率的进一步提高，在达到10-3λ时，遥感即进入了超高光谱
土壤研究中应用
• 连续窄带短波红外光谱信息，为土壤评价与监测提供了强 有力的工具。
• 高光谱分辨率遥感作为一种手段可以用来提供土壤表面状 况及其性质的空间信息，亦可用来评价探测土壤性质细微 差异的潜力。
• 高光谱在土壤研究中的价值主要在于土壤类型的填图、土 壤中矿物成分定量鉴别、土壤湿度、土壤有机质、土壤侵 蚀以及土壤退化监测，从成像光谱图像定量反演土壤物理 化学参数，对土壤潜在生产力评价以及监测由于风蚀、水 侵、盐碱化、沙漠化造成的土地退化现象。
• 通过对植被光谱特征的分析也是找矿的依据，由 于矿物中金属离子对植被的侵蚀，会引起植被的 病变，使得植被近红外高反射峰就会向短波方向 移动5-20纳米，成为“红边蓝移”现象。高光谱 遥感就有能力发现这种现象。
地质
黄铁矿 黄钾铁矾矿 针铁矿和 黄钾铁矾
针铁矿
赤铁矿
植被生态学
• 植被群落、植被种类的分类与识别； • 冠层结构、状态或活力的评价、冠层水文状态与冠层生物
农业-农作物的识别和品种划分
不同成熟度的水稻和不同深浅的水域分类
农业-农作物的识别和品种划分
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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RS
② 高光谱遥感的应用
●在其它领域中的应用 大气遥感 目前用高光谱研究大气，主要目标是水 蒸气、云和气溶胶研究。 水温与冰雪 利用高光谱成像仪可以测定沿海、江河、 湖泊中的叶绿素、浮游生物、有机质、悬浮 物和水生植物等以及他们的分布。
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
影像的几何特征。
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
RS
① 高光谱遥感的基本概念
定义：高光谱遥感是高光谱分辨率遥感
(Hyperspectral Remote Sensing)的简称，是指
利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体，
获取许多非常窄且光谱连续的图像数据的技术。 目前，一般将波长间隔10nm以下，波段数36个 以上的遥感系统定义为高光谱遥感。
RS
② 高光谱遥感的应用
●在其它领域中的应用
环境与灾害 高光谱图像可以用来探测危险环境因素。 例如：编制酸性矿物分布图，特殊蚀变矿物 分布图，评价野火危险的等级。
土壤调查
高光谱土壤遥感可以提供土壤表面状况 和性质的空间信息，空间差异性。
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
第9章 高光谱与微波遥感
9.2 多角度遥感 遥 感 原 理 与 方 法
RS
理想光滑表面的反射是镜面反射，理想粗 糙表面的反射是漫反射（朗伯反射）。传统的 遥感技术主要采取垂直观测方式，以获得地表 二维信息，对获取的数据则基于地面目标漫反 射的假定，作一些简单校正后，利用地面目标 的光谱特性进行解译。然而，通过这种遥感手 段所获得的信息是以垂直反射光谱为基调的， 没有涉及太阳光入射角度及观测角度的影响因 素。这些在遥感技术发展的初期是合理的，也 取得了很大的成功。
RS
② 高光谱遥感的应用
●在其它领域中的应用
城市环境
高光谱和高空间分辨率遥感数据的结合，
有可能细分出城市地物和人工目标。
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
RS
③ 高光谱遥感的发展前景
将来高光谱卫星传感器将以AVIRIS的工作 方式测量太阳反射光谱。它们将提供多时相全 球各个区域的高光谱图像(Green等，1998)。 美国宇航局计划将两个成像光谱仪作为地 球观测系统(EOS)的传感器——中等分辨率成像 光谱仪(MODIS)和高分辨率成像光谱仪 (HIRIS) 。其中，中等分辨率成像光谱仪 (MODIS)上一章已经进行了介绍。
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
RS
③ 高光谱遥感的发展前景
HIRIS 将有 30m 的空间分辨率，获取 0.4— 2.5μm 波长范围的 10nm 宽的 192 个连续光谱段。 它是 AVIRIS 的继承者。 HIRIS 将获取沿飞行方 向前后+60 ～ -30及横向24的图像。虽然它 的周期为 16 天，但由于它的指向能力，对于一 些特殊区域，其覆盖频率将会更高。 HIRIS 数 据将用于识别表面物质、测量小目标物的二向 性反射分布函数 (BBDF)及执行小空间范围的生 态学过程的详细研究。
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
RS
① 高光谱遥感的基本概念
传感器：高光谱遥感的传感器是成像光谱
仪(Imaging Spectrometer)，它为每个像元提供
数十至数百个窄波段（通常波段宽度＜10nm）
的光谱信息，能产生一条完整而连续的光谱曲 线。
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
RS
② 高光谱遥感的应用
●在地质调查中的应用
地质是高光谱遥感应用中最成功的一个领 域。主要用于区域地质制图和矿产勘探。各种 矿物和岩石在电磁波谱上显示的诊断光谱特性 (diagnostic spectral feature)可以帮助人们识别 不同矿物成分。这些诊断性光谱特征只有利用 高光谱遥感数据才有可能被探测到。
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
RS
③ 高光谱遥感的发展前景
现有的航空成像光谱仪技术系统的完善。 例如，在传感器方面：改善其获取数据的性能， 提高图像数据的信噪比，增强机上实时数据处 理能力。 数据分析处理方面：强调大气订正、信息 提取技术，发展新算法和完善已有的算法，并 向构成标准化应用处理算法软件包方向努力， 特别是发展针对高光谱海量数据和丰富光谱信 息特点的算法和软件，以提高高光谱数据处理 效率及其分析、研究和应用水平。
遥 感 原 理 与 方 法
RS
第 9 章高光ຫໍສະໝຸດ 与微波遥感第9章 高光谱与微波遥感
内容提要：
遥 感 原 理 与 方 法
RS
高光谱、多角度和微波遥感是遥感技术的发
展方向，本章内容包括高光谱遥感，多角度遥感
和微波遥感。
重点：
高光谱遥感的原理与本质，双向反射的概念
、模型和反演方法，微波遥感的特性、侧视雷达
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
RS
② 高光谱遥感的应用
●在植被研究中的应用
高光谱遥感在植物生态学研究中主要涉及
以下几个方面：植物群落、种类的识别、冠层
结构、状态或活力的评价、冠层水文状态的评 价和冠层生物化学成分的估计。
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
RS
① 高光谱遥感的基本概念
成像光谱系统获得的连续波段宽度一般在
10nm以内，这种数据能以足够的光谱分辨率区
分出那些具有诊断性光谱特征的地表物质。
应用高光谱分辨率数据也能将混合矿物或 矿物像元中混有植被光谱的情形，在单个像元 内计算出各种成分的比例。
第9章 高光谱与微波遥感
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
RS
③ 高光谱遥感的发展前景
与此同时， NASA 计划发射试验卫星 EO— 1 ，携带 Hyperion( 高光谱成像仪 ) 、 ALI( 先进的 陆地成像仪)等高光谱传感器和大气纠正仪 (Atmospheric Corrector)。这些计划的最终目的 是评价各种地球系统过程，包括水文过程、生 物地球化学过程、大气过程及固体地球过程。
② 高光谱遥感的应用
●在其它领域中的应用 大气遥感 目前用高光谱研究大气，主要目标是水 蒸气、云和气溶胶研究。 水温与冰雪 利用高光谱成像仪可以测定沿海、江河、 湖泊中的叶绿素、浮游生物、有机质、悬浮 物和水生植物等以及他们的分布。
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
影像的几何特征。
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
RS
① 高光谱遥感的基本概念
定义：高光谱遥感是高光谱分辨率遥感
(Hyperspectral Remote Sensing)的简称，是指
利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体，
获取许多非常窄且光谱连续的图像数据的技术。 目前，一般将波长间隔10nm以下，波段数36个 以上的遥感系统定义为高光谱遥感。
RS
② 高光谱遥感的应用
●在其它领域中的应用
环境与灾害 高光谱图像可以用来探测危险环境因素。 例如：编制酸性矿物分布图，特殊蚀变矿物 分布图，评价野火危险的等级。
土壤调查
高光谱土壤遥感可以提供土壤表面状况 和性质的空间信息，空间差异性。
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
第9章 高光谱与微波遥感
9.2 多角度遥感 遥 感 原 理 与 方 法
RS
理想光滑表面的反射是镜面反射，理想粗 糙表面的反射是漫反射（朗伯反射）。传统的 遥感技术主要采取垂直观测方式，以获得地表 二维信息，对获取的数据则基于地面目标漫反 射的假定，作一些简单校正后，利用地面目标 的光谱特性进行解译。然而，通过这种遥感手 段所获得的信息是以垂直反射光谱为基调的， 没有涉及太阳光入射角度及观测角度的影响因 素。这些在遥感技术发展的初期是合理的，也 取得了很大的成功。
RS
② 高光谱遥感的应用
●在其它领域中的应用
城市环境
高光谱和高空间分辨率遥感数据的结合，
有可能细分出城市地物和人工目标。
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
RS
③ 高光谱遥感的发展前景
将来高光谱卫星传感器将以AVIRIS的工作 方式测量太阳反射光谱。它们将提供多时相全 球各个区域的高光谱图像(Green等，1998)。 美国宇航局计划将两个成像光谱仪作为地 球观测系统(EOS)的传感器——中等分辨率成像 光谱仪(MODIS)和高分辨率成像光谱仪 (HIRIS) 。其中，中等分辨率成像光谱仪 (MODIS)上一章已经进行了介绍。
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
RS
③ 高光谱遥感的发展前景
HIRIS 将有 30m 的空间分辨率，获取 0.4— 2.5μm 波长范围的 10nm 宽的 192 个连续光谱段。 它是 AVIRIS 的继承者。 HIRIS 将获取沿飞行方 向前后+60 ～ -30及横向24的图像。虽然它 的周期为 16 天，但由于它的指向能力，对于一 些特殊区域，其覆盖频率将会更高。 HIRIS 数 据将用于识别表面物质、测量小目标物的二向 性反射分布函数 (BBDF)及执行小空间范围的生 态学过程的详细研究。
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
RS
① 高光谱遥感的基本概念
传感器：高光谱遥感的传感器是成像光谱
仪(Imaging Spectrometer)，它为每个像元提供
数十至数百个窄波段（通常波段宽度＜10nm）
的光谱信息，能产生一条完整而连续的光谱曲 线。
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
RS
② 高光谱遥感的应用
●在地质调查中的应用
地质是高光谱遥感应用中最成功的一个领 域。主要用于区域地质制图和矿产勘探。各种 矿物和岩石在电磁波谱上显示的诊断光谱特性 (diagnostic spectral feature)可以帮助人们识别 不同矿物成分。这些诊断性光谱特征只有利用 高光谱遥感数据才有可能被探测到。
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
RS
③ 高光谱遥感的发展前景
现有的航空成像光谱仪技术系统的完善。 例如，在传感器方面：改善其获取数据的性能， 提高图像数据的信噪比，增强机上实时数据处 理能力。 数据分析处理方面：强调大气订正、信息 提取技术，发展新算法和完善已有的算法，并 向构成标准化应用处理算法软件包方向努力， 特别是发展针对高光谱海量数据和丰富光谱信 息特点的算法和软件，以提高高光谱数据处理 效率及其分析、研究和应用水平。
遥 感 原 理 与 方 法
RS
第 9 章高光ຫໍສະໝຸດ 与微波遥感第9章 高光谱与微波遥感
内容提要：
遥 感 原 理 与 方 法
RS
高光谱、多角度和微波遥感是遥感技术的发
展方向，本章内容包括高光谱遥感，多角度遥感
和微波遥感。
重点：
高光谱遥感的原理与本质，双向反射的概念
、模型和反演方法，微波遥感的特性、侧视雷达
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
RS
② 高光谱遥感的应用
●在植被研究中的应用
高光谱遥感在植物生态学研究中主要涉及
以下几个方面：植物群落、种类的识别、冠层
结构、状态或活力的评价、冠层水文状态的评 价和冠层生物化学成分的估计。
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
RS
① 高光谱遥感的基本概念
成像光谱系统获得的连续波段宽度一般在
10nm以内，这种数据能以足够的光谱分辨率区
分出那些具有诊断性光谱特征的地表物质。
应用高光谱分辨率数据也能将混合矿物或 矿物像元中混有植被光谱的情形，在单个像元 内计算出各种成分的比例。
第9章 高光谱与微波遥感
第9章 高光谱与微波遥感
9.1 高光谱遥感 遥 感 原 理 与 方 法
RS
③ 高光谱遥感的发展前景
与此同时， NASA 计划发射试验卫星 EO— 1 ，携带 Hyperion( 高光谱成像仪 ) 、 ALI( 先进的 陆地成像仪)等高光谱传感器和大气纠正仪 (Atmospheric Corrector)。这些计划的最终目的 是评价各种地球系统过程，包括水文过程、生 物地球化学过程、大气过程及固体地球过程。