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2高光谱遥感成像系统.ppt


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Terra卫星上的另外一个传感器是热辐射及反 射探测器(ASTER),获取的数据广泛地应 用与反演陆面温度、比辐射率、反射率以及高 程信息等。
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2、Hyperion/EO-1
地球观测1号(Earth Observing-1)卫星系统 在2000年发射。
地球观测1号卫星将与LandSat-7覆盖相同的地 面轨道,两颗卫星对同一地物目标以几乎相同 的时间进行观测,从而可以对LandSat-7中的 ETM+及EO-1中的三台主载荷获取的数据进 行对比。
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EO-1中的三台主载荷分别为先进陆地成像仪 (Advanced Land Imager,ALI),高光谱成像仪 (Hyperion)以及高光谱大气校正仪(Linear etalon imaging spectrometer array Atmospheric Corrector,LAC)。
Band centre (NM)
1 412.5
2 442.5 3 490 4 510 5 560 6 620
7 665
8 681.25
9 708.75
10 753.75 11 760.625 12 778.75 13 865 14 885 15 900
Bandwidth
(NM)
10
10 10 10 10 10
其中Hyperion用于地物波谱测量和成像、海洋水 色要素测量以及大气水汽/气溶胶/云参数测量等, 其性能比EOS Terra卫星上的MODIS要好的多。
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3.CHRIS卫星/Proba
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4、MERIS卫星/Envisat
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MERIS的15个波段的技术指标与应用目的
不成 像”的历史问题。
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特点1:高光谱分辨率高
光谱分辨率:遥感器能分辨的最小波长间隔, 是遥感器的性能指标。比如图中纵坐标(y轴) 表示探测器的光谱响应,横坐标(x轴)代表波 长,那么光谱分辨率被定义为仪器达到光谱响 应最大值的50%的波长宽度。
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空间分辨率:成像光谱仪的一个瞬间视场,即 在一瞬间遥感系统探测单元所对应的瞬间视场 (IFOV)。IFOV以毫弧度(mrad)计量,其 对应的地面大小被称为地面分辨率单元 (Ground Resolution Cell,GR)它们的关系 为:
新的成像光谱系统不仅继续在地质和固体地球领域研究中发挥作用, 而且在生物地球化学效应研究、农作物和植被的精细分类、城市地物 甚至建筑材料的分类和识别方面都有很好的结果。
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二.成像光谱仪的特点
与地面光谱辐射计相比,成像光谱仪不是在“点”上的光谱测 量,
而是在连续空间上进行的光谱测量,因此它是光谱成像的,与 传统多光谱遥感相比,其波段不是离散的而是连续的,因此从 它的每个像元均能提取一条光滑而完整的光谱曲线,如图所 示。成像光谱仪解决了传统科学领域“成像无光谱”和“光谱
aviris data
/html/aviris.freedata.html
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近年来,有代表性的新产品
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热红外成像光谱仪
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几种常见的航空高光谱成像仪
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2)航天成像光谱仪
在经过航空试验和成功运行应用之后,90年代末期终于迎来了高 光谱遥感的航天发展。1999年美国地球观测计划(EOS)的Terra 综合平台上的中分辨率成像光谱仪(MODIS),欧洲环境卫星 (ENVISAT)上的MERIS,以及欧洲的CHRIS卫星相继升空,宣 告了航天高光谱时代的来临。
研究大气、海洋、土壤等的辨别能力大有裨益。这就是人类最早的 多光谱成像(Multispectral imaging)。 1980年高光谱成像技术(Hyperspectral Imaging)诞生了,它最早 是机载的成像光谱仪(Airborne Imaging Spectrometer),如今已 拓展到先进的可见和红外成像光谱仪(AVIRIS),这两种最早都诞 生在NASA的JPL中心(NASA:美国国家航天航空管理局)。
GR = 2*tan(IFOV/2)*H
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时间分辨率:对同一地点进行遥感采样的时 间间隔,即采样时间的频率。
信噪比(SNR):signal to noise ratio,遥感 器采集的信号和噪声之比。信噪比的高低直 接影响了图像分类和图像识别等处理效果。
在实际应用中,空间分辨率和光谱分辨率以 及信噪比是相互制约的,两种分辨率的提高 都会降低信噪比,那么必须综合考虑这三个 方面的指标,进行取舍。
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5.澳大利亚ARIES卫星
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6.日本ADEOS卫星
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其他大气环境探测专用航天成像光谱仪
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六、我国成像光谱仪的发展
1)航空成像光谱仪
80年代,研制和发展了新型模块化航空成像光谱仪(MAIS)。这一 成像光谱系统在可见—近红外—短波红外—热红外多光谱扫描仪集成 使用,从而使其总波段达到70—72个。
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历史发展
全色(黑白)--彩色摄影—多光谱扫描成像—高光谱遥感 1960年人造地球卫星围绕地球获取地球的图片资料时,成像就成为
研究地球的有利工具。 在传统的成像技术中,黑白图像的灰度级别代表了光学特性的差异
因而可用于辨别不同的材料。 对地球成像时,选择一些颜色的滤波片成像对于提高对特殊农作物、
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1. MODIS/Terra
中等分辨率成像光谱仪MODIS(moderate resolution Imaging Spectro-radiometer)是美国 宇航局发射的EOS-TERRA和EOS- AQUA卫星上 最重要的星载仪器。
MODIS从可见光到热红外有36个波段,波长覆盖 范围从0.4μm到14.4μm。
时间
噪声
输出图像
探测器
通道1
+
通道2
+
场景
通道K
+
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了解两个概念: 视场角:仪器在空中所扫描的角度,它决定
了地面的扫描幅宽。 凝视时间:仪器视场角扫过地面单元所持续
的时间。凝视的时间越长,进入探测器的能 量越多。光谱响应和图像的信噪比越高。
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空间维成像
通过飞行平台的平动和飞行平台上成像光谱仪的工作 模式来决定,常用的工作模式为摆扫型和推扫型。
高光谱仪器的研制成功,为中国遥感科学家提供了新的技术手段。通 过在我国西部干旱环境下的地质找矿试验,证明这一技术对各种矿物 的识别以及矿化蚀变带的制图十分有利,成为地质研究和填图的有效 工具。
此后,中国又自行研制了更为先进的推帚式成像光谱仪(PHI)和实 用型模块化成像光谱仪(OMIS)等。
1983年,世界第一台成像光谱仪AIS-1在美国研制成功,并在矿物 填图、植被生化特征等研究方面取得了成功,初显了高光谱遥感的魅 力。
在美国宇航局(NASA)的支持下,相继推出了系列成像光谱仪产品。 如:机载航空成像光谱仪(AIS)系列;航空可见光/红外成像光谱仪 (AVIRIS);高分辨率成像光谱仪(HIRIS)等。
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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,美国喷气推进研究室(JPL) 制成机载可见红外成像光谱仪(AVIRIS) 的完整样机。该成像光谱仪可在0.4μm~ 2.45μm的波长范围获取224个连续的光谱 波段图像。波段宽度10nm。当飞机在20km 高空飞行 时,图像地面分辨率可达20m。
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2)干涉成像光谱仪
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五、高光谱成像光谱仪
1)航空成像光谱仪
20世纪80年代兴起的新型对地观测技术——高光谱遥感技术,始于成 像光谱仪(Imaging Spectrometer)的研究计划。该计划最早由美国加 州理工学院喷气推进实验室(Jet Propulsion Lab,JPL)的一些学者 提出。
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美国对航天成像光谱技术的研究一直遥遥领先,但是发展之路也并非一 帆风顺,全球第一个星载高光谱成像器于1997年在NASA随着Lewis卫星 发射升空,它包含了384个波段涵盖了400-2500nm波段,不幸的是这颗 卫星控制出现问题,失去了动力,升空一个月后就偏离了轨道。2001年 的Orbview-4卫星发射失败,但是经过多年的努力,如今也有一些比较有 代表性的高光谱卫星。下面主要介绍美国及其他发达国家在高光谱遥感 卫星的情况:
为了给用户一个直观和形象的认识,通常我们在二维 图象信息的基础上,添加光谱维,形成一个三维的坐 标空间。
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OXY平面:与传统的图象平面相同,表示黑白单波 段图象,反应一个波段的信息。
OXZ平面:y方向的光谱切面 OYZ平面:x方向的光谱切面
它们代表一条直线上的光谱信息。
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MODIS的两个通道空间分辨率可达250 m,5个通 道为500 m,29个通道为1000 m,可同时获取地 球大气、海洋、陆地、冰川雪盖等多种环境信息, 有助于建立有关大气、海洋和陆地的动态模型, 以及建立预测全球变化的模型。
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MODIS技术指标表:
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MODIS波段分布和主要应用:
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Envi里面的实践环节
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四.光谱成像的方式
完成成像方式是一个集探测技术,精密光学机械,微弱信 号探测,计算机技术及信息处理技术等为一体的综合性技 术。其中硬件技术的成熟会不断推动成像光谱技术的提高, 因此有必要对于成像光谱的硬件技术进行了解。
高光谱遥感的成像包括空间维成像和光谱维成像。
1)摆扫型成像光谱仪 摆扫型成像光谱仪由光机左右摆扫和飞行平台向 前运动完成二维空间成像,其中线列探测器完成 每个瞬时视场像元的光谱维获取。
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