高光谱遥感的基本概念
高光谱遥感的基础是波谱学，早在20世纪初波 谱学就被用于识别分子和原子的结构。由于物 质是由分子、原子构成的，组成物质的分子、 原子的种类及其排列方式决定了该物质区别于 其它物质的本质特征。当电磁波入射到物质表 面时，物质内部的电子跃迁，原子、分子的振 动、转动等作用使物质在特定的波长形成特有 的吸收和反射特征，能够通过物质的反射（或 吸收）光谱上反映出物质的组成成分与结构的 差异,然而这些吸收和反射特征在传统的多光 谱遥感数据上很难清楚地体现（童庆禧， 1990）。
10-1λ
>10-2λ
高光谱遥感的基本概念 2 Radiant
2 Spatial (2D)
高光谱图像立方体
2 Spectral
高光谱遥感的基本概念
z光谱分辨率高(λ×10-2)
特 点
z波段多⎯数十到数百 z谱⎯像合一的特点 z信息量大，一次数据获取达千兆(GB)级
z数据速率高，数十⎯数百兆比特/秒
10
ΕΟ−1/ΗΨ
220
ΠΕΡΙ ON
EO-1/ LAC
256
Landsat7
7/W TM+
Obv iew-4
MO DIS
MERIS
AR IES
400-2 500
2 5.4 12 0.0 1 6.5 <5.0 12.5 2 5.0 2 0.0-71.0 6 0.0 57 0.0 1 6.0 10 0.0 1 5.0 200 0.0 60 0.0 2 0.0 5 0.0 8.0 400/ 500
航天高光谱仪 Hyperion
遥感器 PLI-PMI C ASI S FSI AIS-1
AIS-2 AVI RIS (20 km) A SAS 改进 ASAS
GE RIS
光谱范围 ( nm)
403-805 430-870 1 200-2 400 900-2 100 1 200-2 400 800-1 600 1 200-2 400
美国 (G ER)
德国
图像立方体 法国
机载 机载 机载
图 像立方体
澳大利亚 机载
(G EOSCAN)
图 像立方体
GER 为 ESA 机载
研制
图 像立方体
美国 机载
Daeda lus
图像立方体 NRL
机载
图像立方体 中国
机载
图 像立方体 图 像立方体
图 像立方体 图 像立方体
中国 澳大利亚 美国 GER 为日 本 JGI 研 制
VIS/NIR SWIR-II MIR
TIR
辅助通道
主通道
全反射离轴镜设计 公用准直镜→分色滤光片→色散元件→会聚镜→线阵
探测器
反射式平面闪耀光栅
透射式会聚镜组
下层光谱仪模块
上层光谱仪模块
高光谱遥感器
MAIS系统（Modular Airborne Imaging Spectrometer）
VNIR: 32 波段 (0.44~1.08um) 光谱分辨率: 20nm
•成像子系统：使用成像主镜的中心遮光区，形成两个独立的 光学通道一主通道和辅助通道，既分离了波长紧接的可见光、 近红外区与短波红外I区，又提高了光学效率。
•光谱仪模块：各光谱区自成一个光谱仪，使用各自的分光元 件、会聚镜组和探测器。
高光谱遥感器
波段
OMIS系统部分参数 128波段
波长 光谱分辩率
64(64,32,16) 0.4-1.1um 10nm
高光谱遥感的基本概念
明矾矿在高光谱与多光谱上的波谱差别
高光谱遥感器
窄波段CCD相机 获得的高空间、高光 谱分辨率图像
杂 草
土 壤
小 麦 经反射率转换后 的图像立方体 空间分辨率2.4mm,光谱分辨率10nm
高光谱遥感器
高光谱技术所获取的
图像包含了丰富的空间、
辐射和光谱三重信息，因
而在地质、农业、植被、
3 5.0
剖面图像 剖面图像
加拿大 加拿大
122
1 0.0
0.4
11.7 图像立方体 加拿大
128
9.3
1.91 3.7
图像立方体 美国
128
1 0.6
2.05 7.3
图像立方体 美国
224
9.4-16.0 1.0
3 0.0 图像立方体 美国
(20m) (12km)
28
1 5.0
0.80 25.0 图像立方体 美国
256
460-1 100
32
M AIS
1 440-2 400 32 8 200-12 200 7
PHI
400-850
224
Hy Map
450-2 480
128
WIS
400-5 400
812
760-850
1
AS TER
3 000-5 000 3
(模拟器)
8 000-12 000 20
EO-1/ ALI 400-2 400
400-2 450
455-873 400-1 060 400-100 1 000-2 000 2 000-2 500
表 1.1，国际上部分成像光谱仪一览表（陈述彭等，1997）
波段宽
I FOV
FOV
波段数
数据形式
国家
(nm) (mrad) (°)
288
2.5
288
2.9
0.66/0.8 70.0
1.2
光谱仪 Spectro SE 590TM ASD PSⅡTM SpectraS can PR-650TM ASD FieldSpec UV/VNIRTMGER1 500TM GER 1 500TM Inter Spectronics PI MA ⅡTM ASD FieldSpec NIRTM GER IRIS Mk IVTM GER SIRI STM ASD FieldSpec F RTM
4.7/11.7 20.0 20.0 400−800 <5 15 11 ,16 9 0.0 60 0.0 20 0.0 可变
2.5 3.3 4.5 0.55 3.3/11.7
2 .1/3.0
3 .3,2 .2 或1.1
2.0
0.5 1.3,3. 0 或 4.5 1.5 2.5 0 .66 1.0,2. 5 5.0 30m
9 0.0 3 2.4 4 0.0
92
7 8.0
7 0.0
7.2 9 0.0 21 6 1.3 2 8.8 65 .0, 10 4.0 3 7km
10
30m
7 5km
2-6
2 50m
18 5km
可变
30m
18 5km
20 /16
30m
1 5km
图像立方体 10 个视角 7 50/-550 图 像立方体
SWIR: 32 波段 (1.5~2.45um) 光谱分辨率: 25nm
TIR: 7 波段 (8.0~11.6) 光谱分辨率: 0.45um
IFOV: 3.0mrad FOV: 90 degree scanning : 10-20(line/second) digitizer: 12bit
MAIS：云南腾冲火山群
能 力
z能获取地物目标的精细光谱特征 z综合地面目标的空间维、时间维、光谱维特征 z探测各种目标的成分属性及有机目标的状态属性
优 点
z有利于利用光谱特征分析来研究地物 z有利于采用各种光谱匹配模型 z有利于地物的精细分类与识别
应用 领域
zz各农种业需、识地别质地、面城目市标、的环领境域、军事（（伪侦装察与与反反伪侦装察））
16(8,1)
1.1-2.0um 60nm
32(32,1) 2.0-2.5um 15nm
8(8,1)
3.0-5.0um 250nm
8(8,1)
8.0-12.5um 500nm
IFOV 3.0,1.5mrad
FOV > 路形式
色散元件 会聚单元 空间布局
SWIR-I
波段数 5-10
100-200
Δλ/λ 0.1 0.01
VNIR 50-100 5-20
IRT
MIR 100-200
10-50
IRT 1000-2000 100-500
高光谱遥感的基本概念
高光谱遥感起源于20世纪70年代初的多光谱遥 感,它将成像技术与光谱技术结合在一起,在对目标 的空间特征成像的同时,对每个空间像元经过色散 形成几十乃至几百个窄波段以进行连续的光谱覆 盖,这样形成的遥感数据可以用“图像立方体”来形 象的描述.同传统遥感技术相比, 其所获取的图像包 含了丰富的空间,辐射和光谱三重信息。
高光谱遥感器
PHI推扫式成像仪介绍
2000.6日本长野实验，具有80个 波段的PHI高光谱图像立方体
高光谱遥感器
OMIS系统实物
OMIS系统模型
高光谱遥感器
光学系统由扫描机构、成像子系统和光谱仪模块组成,各个模 块的组成和特点为：
•扫描机构：45º旋转反射镜作扫描部件，扫描角大，航空遥 感作业效率高；且设置了高、低温黑体源及可见光源，作机 上定标。
环境、城市、军事、水文、
大气等方面都有巨大的应 工作方式
用前景。
FOV
IFOV
我国在中科院遥感所 和上海技物所等单位的协 作下，发展的OMIS，
S/N 波段数 光谱范围 光谱分辨率
MAIS，PHI等航空高光谱 像元数
成像仪也达到了很高的水
光谱采样 重量
平
帧频
数据速率
航空高光谱仪 PHI
面阵CCD推扫 0.36rad(21degree) 1.0mrad 300 244bands VIS-NIR(400nm--850nm) <5nm 376pixels/line 1.86nm 9Kg 60Fr/sec 7.2Mb/Sec.