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    高光譜成像儀–概述

    高光譜成像儀是 20 世紀 80 年代開始在多光譜遙感成像技術 的基礎上發展起來的, 它以高光譜分辨率獲取景物或目標的高光譜圖像, 在航空、 航天器上進行陸地、 大氣、 海洋等觀測中有廣泛的應用, 高光譜成像儀可 以應用在地物分類、 地物識別、 地物特征信息的提取。 建立目標的高光譜遙感信息處理和定量化分析模型后,可提高高光譜數據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勢, 在空間對地觀測的同時獲取眾多連續波段的地物光譜圖像, 達到從空間直接識別地球表面物質的目的, 成為遙感領域的一大熱點, 正在成為當代空間對地觀測的主要技術手段。 地面上采用高光譜成像光譜儀也取得了很大的成果, 如科學研究、工農林業環境保護等方面。

    高光譜成像光譜儀主要性能參數是:

    a.噪聲等效反射率差(NE ? p ),體現為信噪比(SNR )。

    b.瞬時視場角(IFOV ),體現為地面分辨率。

    c.光譜分辨率,直觀地表現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 的關鍵技術有:

    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 譜數據的定標、定量化和大氣糾正模型與算法,依 此實現成像光譜信息的圖象 -光譜轉換;

    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的算法;

    d.基于光譜數據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過程與參數的識別和反演算法。

    高光譜分辨率成像光譜遙感起源于地質礦物識別填圖研究,逐漸擴展為植被生態、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、系統工作原理與結構:高高光譜成像光譜儀將成像技術和光譜技術結合在一 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 左右的連續光譜覆蓋。 根據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。地面目標物的輻射能通過指向鏡,由物 鏡收集并通過狹縫增強準直照射到色散元件上, 經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據就 是 一個穿軌方向地物條帶的光譜數據,連續記錄光譜圖像,就得到地面二維圖 像。

    b.高光譜成像光譜儀數據獲取系統構成:高光譜成像光譜儀由光學系統、信 號前端處理盒、數據 采集記錄系統三部分組成。數據的回放及預處理通過 軟件在高性能的微機上完成。軟件具有如下功能:數據備份;快速回放;數據 規整和格式轉換;圖像分割截取;標準格式的圖像數據生成等。

    高光譜成像光譜儀的應用

    高光譜成像光譜儀的應用范圍遍及化學、物理學、生物學、醫學等多個領域。目 前,高光譜成像光譜 儀在土地利用、農作物生長、分類,病蟲害檢測,海洋水 色測量,城市規劃、石油勘探、地芯地貌及軍事 目標識別等方面都有著很廣泛 和深遠的應用前景。