光学前沿作业.doc

光学前沿专题

姓名：王玉暖
学号：2014020699
专业：光学
成绩：

高光谱成像

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。高光谱成像技术集中了光学、光电子学、电子学、信息处理、计算机科学等领域的先进技术，是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。
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（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（≤λ）、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。高光谱成像技术能够将传统的城乡技术和高光谱进行有效的融合,能够在使用的过程中一次性获得研究对象的空间和相应的光谱信息,这种技术所提供的图像数据能够很好的反映出物体的特征,所以在近几年的航天事业当中已经有了较为普遍的应用。
光谱成像技术出现于20世纪80年代，是图谱合一的技术，能够在获得图像信息的同时获取地物光谱信息。光谱成像仪获取的三维图谱数据可显示为不同波段的图像数据，被称为数据立方体(DataCube)，能够从中提取不同像元的光谱曲线，图1描述了高光谱数据立方体及其像元光谱信息提取。

图1高光谱数据立方体及其像元光谱信息提取
随着数据立方体波段数的增加，成像光谱技术从仅包含几个波段的多光谱遥感发展为包含上百个波段的高光谱遥感。图2描述了多光谱数据与高光谱数据之间的区别，高光谱数据中每个像元的光谱有更多的采样点，因此光谱曲线更为连续，包含了丰富的信息量。

图2多光谱与高光谱图像对比
高光谱数据包含的信息主要有空间图像信息和光谱信息，不同时间对同一地物观测还可获得时相信息。将高光谱数据进行特征变换，可以得到每一个像元的数学特征信息。
光谱成像技术的分类
光谱成像技术依照不同分类标准可划分成不同的类别。按照光谱分辨率从
低到高划分，光谱成像仪可分为多光谱，高光谱和超光谱三种。
多光谱成像仪（MultispectralImager）：获取的图谱数据仅包含几个或几十个波段。这类光谱仪的代表主要有Landsat-7卫星上搭载的“增强型主题测绘仪+（ETM+）”，第一颗地球观测系统（EOS）卫星上搭载的“先进空间热反射和反射辐射仪（ASTER）”。ETM+在0.45-12.5μm的谱段范围内具有8个谱段，ASTER在0.52-11.7μm的谱段范围内具有14个谱段。
高光谱成像仪(HyperspectralImager)：获取的图谱数据包含一百个至几百个波段。这类仪器的研制开始于上世纪80年代，典型代表有美国研制的机载可见/红外成像光谱仪AVIRIS(AirborneVisible/InfraredImagingSpectrometer)，地球观测卫星1号（EO-1）搭载的高成像光谱仪Hyperion。AVIRIS在0.4-2.45μm的谱段范围内具有220谱段，Hyperion在0.4µm-2.5µm的谱段范围内具有220个谱段。
超光谱成像仪（UltraspectralImager）：获取的图谱数据超过1000个谱段。这一类光谱仪主要用于大气探测等需要较高光谱分辨率的应用方向，主要代表是美国在静止实验卫星EQ-3上搭载的地球同步成像傅立叶变换光谱仪GIFTS（GeosynchronousImagingFourierTransformSpectrometer）。
目前全世界正在业务运行的各种类型的成像光谱仪超过50台套，其中美国
研制的机载可见/红外成像光谱仪AVIRIS（AirborneVisible/InfraredImagingSpectrometer），星载中分辨率成像光谱仪MODIS（ModerateResolutionImagingSpectrometer）、星载高光谱成像仪Hyperion代表了机载星载成像光谱仪的先进水平。
我国自主研制的成像光谱仪也取得骄人成绩。上海技物所研制了机载推扫型成像光谱仪PHI，实用型模块成像光谱仪OMIS。西安光机所研制的两台星载成像光谱仪分别搭载在嫦娥一号和环境与减灾小卫星上。其中环境与减灾小卫星上搭载的超光谱成像仪HJ-1AHSI是我国第一台对地观测星载成像光谱仪，也是首台正式投入业务运行的成像光谱仪，目前在轨运行将近5年，获取了海量数据。