高光谱遥感在矿产资源调查中的应用综述
摘要：本文简要介绍了高光谱遥感技术矿物光谱识别机理，较详细地介绍了高光谱数据处理和分析技术及发展程度，并系统地阐述了国内外高光谱遥感技术在矿产资源调查应用方面的发展概况，最后指出了高光谱在矿产资源调查领域中的应用及其发展方向。
关键字：高光谱遥感，数据处理技术，矿产资源调查
0 引言
所谓高光谱遥感，即高光谱分辨率遥感，指利用很多很窄的电磁波波段（通常<10nm）从感兴趣的物体获取有关数据；这种数据能够以足够的光谱分辨率区分出那些具有诊断性光谱特征( Diagnostic Spectral Feature )的地表物质，这一点在地质矿物分类及成图上具有广泛的应用前景[1]。目前，常用的高光谱探测的波长区间一般为0.4~2.5μm，包括了整个可见光区(0.4~0.7μm)、近红外区（0.7~1.1μm）与短波红外区（1.1~2.5μm），共有几百个波段，所有波段排列在一起能形成一条连续的完整的光谱曲线；高光谱数据是一个光谱图像的立方体，其空间图像维描述地表二维空间特征，其光谱维揭示图像每一像元的光谱曲线特征，由此实现了遥感数据图像维与光谱维信息的有机融合[2]。
矿物光谱研究表明，岩石矿物在0.4~2.5μm之间具有一系列可诊断性光谱特征信息，这些特征的带宽多在10~20μm之间[3]，而且不同岩石矿物和矿化蚀变具有不同的光谱特征。由于高光谱分辨率遥感系统获得的连续波段宽度一般在10 nm以内，因此这种数据能够以足够的光谱分辨率分出那些具有诊断性光谱特征的岩石矿物。区域地质制图和矿产勘探是高光谱遥感技术主要的应用领域之一，各种岩石和矿物在电磁波谱上显示的诊断性光谱特征可以帮助人们识别不同的矿物成分。因此,从高光谱遥感数据中提取矿物的光谱信息，然后直接根据其诊断性光谱特征区分矿物或自动判别矿物类型是一种有效的遥感技术方法[4]。
矿产资源调查的主要目的是寻找及探明矿产资源和调查评价区域矿产资源潜力，而利用高光谱遥感技术完全能确定某一或某些矿物在地表上的分布及其相对含量变化，从而直接提供与成矿有关的矿物分布及丰度信息。利用这些矿物信息，并综合矿床成因模型等信息，可有效地确定详查和勘探目标。因此，利用高光谱遥感技术进行矿产资源调查是科学性和实效性的有效途径之一。
1高光谱遥感矿物光谱识别
1.1 光谱机理
任何物质其光谱的产生均有着严格的物理机制。对于一个分子，其能量由电子能量、振动能量和转动能量组成。根据分子振动能量级差的计算，其能量级差较小时，产生近红外区的光谱；分子电子能级之间的能量差距一般较大，产生的光谱位于近红外、可见光范围内。
在0.4～1.3 μm 光谱范围内的光谱特征，主要取决于矿物晶格结构中存在着铁等过渡性金属元素；1.3～2.5μm光谱范围内的光谱特征是由矿物组成中的碳酸根离子、氢氧根离子及可能存在的水分子决定的；3～5μm光谱范围内的中远红外波段的光谱特征则由Si-O、Al-O 等分子键的振动模式决定的[3]。
1.2 矿物光谱识别特征参数
矿物光谱主要取决于物体内电子与晶体场的相互作用，以及物体内的分子振动。在晶体场作用中由于离子能级的跃迁会引起吸收特征的变化，但反射光谱主要还是由矿物的差异引起的，它与粒径无关。电子从一个原子到另一个原子的转移也会对光谱产生影响，例如Fe-O 的电子转移就会引起光谱吸收位置向紫外方向移动。所以，矿物光谱吸收机理包括金属阳离子在可见光区域的电子过程以及阴离子基团在近红外区域的振动过程[5]。
由于电子在各个不同能级间的跃迁而吸收或发射特定波长的电磁辐射，从而形成特定波长的光谱特征，因此，不同晶格结构的岩石矿物成分有其不同的光谱特征[1]。这是利用高光谱数据寻找岩矿的物理前提[6]。
高光谱地质遥感主要是利用高光谱数据识别各种矿物成分、它们的丰度以及制图( 矿物成分空间分布)。其主要研究内容包括从许多光谱参数中提取各种地质矿物的定性、定量信息。光谱吸收特征包括吸收波段波长位置、深度、宽度、斜率、对称度、面积和光谱绝对反射值等参数。
2 高光谱数据处理和分析技术
高光谱遥感数据波段众多，数据量庞大，为快速、准确地从这些数据中提取资源与环境信息，识别不同的物质，揭示目标的本质，则需要依据实际应用的数据处理的要求对海量数据进行处理和分析。
高光谱数据处理与分析的首要目标是实现对地观测海量数据处理能力，同时要求比较精确的定量分析能力。近年来，随着高光谱遥感理论的不断完善以及机载和星载高光谱传感器的日益成熟，高光谱遥感技术在资源勘查、环境评价以及军事研究等领域得到广泛应用。同时，在数据处理方法研究方面，随着该技术应用领域的逐渐拓展和深入，相应的遥感数据处理方法亦不断创新和完善。目前，针对高光谱数据特点，基于多光谱遥感已有的成熟的数据处理方法，并结合现代信息技术，众多国内外科研工作者通过大量的科研实践，又发展了不少技术方法，并在相关的领域取得了成功。
2.1 国内外高光谱数据处理技术发展现状
2.11国外研究概括
美国加利福尼亚大学计算机可视化研究实验室主任GlennHealey博士，利用计算机算法和基于地物光谱特征的反射模型[7](reflectance models), 研究不同光照条件、不同天气状况下，不同尺度目标的识别技术，识别算法可以提取低对比度、局部可视的亚像元(subpixel)信息(目标只占单个像元面积的5% )；美国加利福尼亚洲托兰斯光学研究系统公司(OKSI)采用归纳特征值(generalized eigenvalue problem,GEP)技术[8]，将高光谱数据转换到类间距离最
大，而类内距离最小的特征空间内，实现了海量数据的最佳分离效果；美国华盛顿海军研究实验室(Naval Research Laboratory,NRL)亦成功开发了可以针对海量数据进行有效的数据压缩，并进行像元分解和最终端元(endmember)的识别的光学信号实时自适应识别系统[9](optical real-time adaptive signature identification system,ORASIS)；Harsanyi等发展了正交亚空间投影(Orthogonal subspace projection)低概率探测(Low-probability detection, LPD)算法，用于植被覆盖区岩石出露少的地物类型的成像光谱填图和未知背景下的目标提取；在混合像元处理方面，美国马里兰大学的研究人员提出了一种正交子空间投影方法（OSP），他们将224个波段的A VIRIS影像数据去掉噪声较大的波段后得到158个波段，再针对五种主要地物类型，采用OSP方法得到5个分量影像，每个分量各表示一种地物类型的分布情况。经检验，成图的分类结果与地面观测是一致的。这一方法既考虑了混合光谱问题，又考虑了数据压缩问题，还在处理过程中加入了去噪声的操作，是目前比较有代表性的混合像元处理技术[12]；Tompkins提出修正的光谱混合分析(MSMA)模型。该模型利用虚拟端元，采用一个阻尼最小二乘算法，根据一定的先验知识，有效地并最终可以选择亚像端元进行光谱分解。
另外，以下高光谱数据处理方法在光谱填图中亦得到广泛应用，并取得较好的实际应用效果。比如[13]光谱角匹配技术(Spectral Angle Mapper,SAM)、光谱微分技术(Spectral Derivative)、二值编码匹配(binary encoding classification,BEC)、线性光谱分解(Spectral unmixing/spectralmixing analysis)、最大噪声组分变换(Minimum noise fraction,MNF)、光谱特征拟合(Spectral feature fitting, SFF)、交叉相关光谱匹配技术[10](Cross correlogram spectral matching, CCSM)(该技术曾应用于美国内华达州Cuprite地区的粘土矿物填图)、最小距离分类(minimum distance classification,MDC)、最大似然分类(maximum likelihood classification,MLC)、马氏距离分类(mahalanobis distance classification,MaDC)、最小二乘法分类( least squares classification, LSC)等。
2.12 国内研究概括
中国科学院遥感应用研究所提出了面向地物诊断光谱特征提取的光谱吸收指数计算方法(spectral absorption index, SAI)[11]。其基本原理是：任一光谱吸收特征主要是由光谱吸收峰和两个肩部组成，因此根据高光谱图像的中心波长与带宽，可以计算出该吸收峰的波段宽度、对称性参数、反射率差及吸收强度，并由此建立吸收基线方程。在此基础上，根据已知条件与光谱参数，解算光谱吸收指数，生成一系列典型目标与背景的光谱吸收指数图像。该技术在哈图金矿区的实际应用中，有效地识别了5种类型的蚀变岩石，发现了两条稳定的金矿化蚀变带；该所的刘建贵博士根据城市目标物光谱特点，基于多光谱数据处理中的K-L变换技术，提出了面向地物分类的改进型主成分分析技术(principal component analysis,PCA)[1]，并将其应用于北京市沙河镇城市地物分类研究中，取得理想效果；另外，在高光谱数据地质应用的研究中，中国国土资源航空物探遥感中心王润生等根据矿物的完全波形，利用神经网络进行矿物自动识别，甘甫平等设计开发了基于完全谱形的成像光谱岩矿识别技术，也取得了一定的应用效果。
3 国内外高光谱遥感技术在矿产资源调查的应用现状与前景
自20世纪90年代后期，高光谱技术就逐渐在美国、澳大利亚、加拿大等国由试验走向实用阶段。目前，该项技术在矿物填图、植被生化参数探测和大气参数反演等领域得到广泛应用。矿物识别和矿物填图是高光谱技术最成功的应用领域。通过对矿物种类、丰度和成分的识别，特别是与成矿作用密切相关的蚀变矿物的识别，可以用来有效地圈定热液矿化蚀变带，定量或半定量估计相对蚀变强度和蚀变矿物含量，给出对成矿作用的规模和强度的有益认识，这对加强矿产资源调查，为矿产调查寻找矿靶区和新发现矿产地提供了可靠的理论依据。以下分别从内外、国内阐述高光谱遥感技术在矿产资源调查的应用现状。
3.1 国外应用
目前，世界上大的矿业公司如De Beers(北美)和Anglo American(南非)等，都已经装备有自己的机载高光谱传感器和便携式传感器，PIMA在世界各地己有80个矿业公司在使用。高光谱遥感技术在矿产资源调查方面已有很多成功实例。加拿大的Noranda矿业公司在南美的斑岩铜矿带上(500km长、50km宽)确定勘探目标时，从成像光谱技术获得的矿物图上，确定了明矾石+高岭石类组合是找矿的首选目标。澳洲CSIRO公司在美国内华达州Comstock 金矿及其相邻地区进行了成像光谱技术矿物填图，结果表明，用成像光谱数据能细致地分辨多种粘土矿物(包括高岭石类中的不同亚种)，准确地圈定出由上升岩浆热液造成的酸性蚀变(高级泥化带，以地开石加明矾石为特征)，由溶有岩浆气体的地下水造成的酸性蚀变(泥化带，以高岭石加明矾石为特征)，以及由沸腾热液形成的伊利石一蒙脱石带。Meer&Bakker[10]通过建立交叉相关光谱匹配技术，利用A VIRIS数据和实验室光谱对美国内华达州Cuprite地区进行地表矿物识别研究，成功地将高岭石、方解石、水铵长石等区分开来，确定了它们的空间分布范围；Crosta等[14]根据区内地质情况和蚀变特征，以USGS标准矿物光谱数据库为标准，结合矿物在岩石中光谱变异特征，建立单矿物识别规则，从A VIRIS图像中提取白云母、方解石、高岭石、明矾石、绿泥石及玉髓等矿物；Kruse在美国加州和内华达的Grapevine 北部山区利用绢云母在2.21μm，2.25μm和2.35μm的特征吸收，对石英—绢云母—黄铁矿蚀变带进行地质填图。利用蒙脱石在2.21μm的特征吸收确定包含蒙脱石的泥质蚀变带[15]；Chabrillat等利用辉石在1μm附近的电子跃迁吸收，用航空高光谱数据进行地质填图和岩石鉴别[16]。
3.2国内应用
我国于20世纪80年代中、后期也着手发展自己的高光谱系统，先后成功地研制了MAIS、OMIS，PHI和C-HRIS等成像光谱仪；一些单位开展了相应的方法研究和应用试验。由于受数据源的限制，国内仅有中国科学院遥感所、中国国土资源航空物探遥感中心(下文简称“航遥中心”)等少数单位开展了较为系统的应用研究工作。在高光谱矿物填图方面，国内的研究基本停留在矿物类型识别阶段，能够识别的矿物种类较少，发展的数据处理方法和初步建立的一些矿物识别规则尚需要在更多的实践中加以验证、补充、优化和修订。尽管如此，还是有好些相对成功的应用实例。
中科院上海技术物理所利用MAIS 在河北张家口地区的实验中地对该地区新生界全新统、更新统、中生界侏罗纪张家口群、下元古界红旗营子群及花岗片麻岩、蛇绿岩脉、辉石类岩脉采用不同的图像处理方法获得了较为精确的岩石地层识别分类，证明了高光谱遥感在岩石出露较好区域进行岩类定性识别和大比例尺填图的可能；谢红接等[17]运用中国科学院上海技术物理所研制的模块式航空71波段高光谱仪(MAIS)影像数据，在纯净像元提取、混合像元分解、光谱角制图、匹配滤波、光谱特征拟合等方面做了试验性研究工作，提取了该区的铀矿特征信息(如蚀变、矿化等)，为高光谱图像的矿产资源调查应用奠定了基础。
航遥中心也取得了相应的进展，他们利用美国Cuprite矿区的航空可见和红外成像光谱仪A VIRIS数据和河北崇礼-赤城地区MAIS数据，开展了蚀变矿物提取和矿物填图方法试验；在野外和实验室条件下，开展了岩矿光谱的影响因素和矿物混合光谱研究，测试了高岭石、白云母、方解石、白云石、蒙托石、绿帘石等矿物光谱共300余条，初步总结了矿物光谱变异规律等。此后，航遥中心还应用EO-1卫星的成像光谱Hyperion的视反射数据，对西藏驱龙地区的蚀变矿物进行了初步识别，识别出高A1和低A1绢云母化矿物、高岭石矿物以及绿泥石和孔雀石化矿物组合；甘甫平等[18]利用成像光谱遥感技术识别和提取了矿化蚀变信息，其做法是首先利用低分辨率的遥感数据识别出地质异常分布，圈出重点区段；然后利用高光谱MAIS数据在这些重点区段开展蚀变信息(主要是钾化)提取与找矿预测。区内钾长石化带主要矿物组合为钾长石、微斜长石、石英、绢云母、黄铁矿等。这些矿物除黄铁矿外，均含Al-OH和Mg-OH键的化合物。尤其是随着钾化的减弱，Al-OH键化合物减少，光谱随之发生变化，对识别和提取矿化蚀变信息十分有利。王润生、甘甫平等人在成像光谱矿物填图技术与应用示范课题中，对新疆东天山地区开展区域面积性矿物填图和西藏驱龙地区开展矿化蚀变矿物填图应用示范，取得了与地面一致的应用效果，矿物识别率和识别正确率均达到85%以上；王青华等[19]运用MAIS影像数据，通过对研究区各岩类的野外光谱特征测试，对比分析图像中岩石的光谱特征，根据训练区不同岩类的光谱特征，采用不同的图像处理方法，较好地提取了岩石信息，达到较准确识别岩矿类别的目的；张宗贵等[20]利用机载可见光、近红外及短波红外成像光谱(HyMap)数据，开展了基于地物光谱特征成像光谱遥感矿物识别方法研究，结果认为，根据研究区内存在的主要Al-OH和Mg-OH的特征吸收峰矿物类型，通过对矿物光谱特征的综合分析，分别建立了绿泥石、绿帘石、橄榄石、绢云母、滑石、石膏及黑云母等矿物组合的识别准则，有效地填绘出了这些矿物在该航带上的分布情况。3.3高光谱遥感技术在矿产资源调查的应用前景
目前高光谱遥感技术在矿产资源调查领域已经得到了成功地应用。这是光学、结晶学、光谱学、传感器技术和图像处理技术等学科共同发展的结果，由于它具有将高光谱分辨率的图像与光谱合二为一的特点，不仅能有效地直接识别地表物质，而且还能更深入地研究地表物质的成分及结构。因此，通过岩石光谱信息模型，反演某些指示矿物的丰度分布，结合遥感专题图件以及丰富的纹理信息，借助于相应的成矿模式和理论，可以从全局、综合的角度对研究区的矿产进行可持续的勘探和开发，这在矿产资源调查应用的成矿预测方面有着广泛的应用前景。
4 结束语
综上所述，我们可以看出，高光谱遥感以其光谱分辨率高、图谱合一的特点受到了国内外研究者的广泛关注。从二十世纪八十年代开始到现在的二十多年中，无论在成像光谱仪等硬件方面还是在图像处理系统等软件方面都得到了的迅速的发展。同时，在矿产资源调查领域也已经得到了广泛地应用。但是，由于不同的矿物光谱分析方法均有各自的优缺点，在不同的情况下，应该根据实际情况选择适合需要的方法。
因此，针对中国地质大调查“我国新一代星载高光谱数据地质应用处理系统研建与应用示范”项目的子项目“星载高光谱数据地质应用处理系统总体方案研究与数据处理试验系统开发”中的粘土矿高光谱应用产品技术指标研究，为了使高光谱遥感技术在该项目中得到充分的应用，需要进一步开展以下工作：
(1) 深入分析和研究粘土矿及稀土矿（元素）的物化属性与光谱特征的相关性。上文提到，矿物的光谱特征主要由组成成分、物质内部晶体结构、物化特征所制约。因此，进一步认识到岩矿光谱细微变化与其物质内部组分、内部晶格结构之间的信息关联，是改善和提高高光谱遥感区分不同种类的粘土矿、粘土矿与稀土矿、以及提取是否附有稀土元素的粘土矿信息的关键。
(2) 进一步分析、试验高光谱数据预处理与矿物填图现有的各种技术方法。因为预处理及矿物填图效果的好坏直接影响到矿物信息提取的精度，最终影响高光谱技术指标评价及应用处理系统的技术体系的设计。由于自然界矿物的共生组合波段变异，在实际应用中，纯单一矿物端元有时很难确定或不需要确定，在技术方法研究中应当考虑如何根据自然界矿物的共生组合规律和波段变异，选择矿物或矿物组合作为端元。
(3) 探索在有植被覆盖区提取岩矿信息的技术。利用高光谱遥感数据，若能识别和圈定由金属矿化异常引起的植被光谱变异区域，将在国家矿产资源调查应用研究中起到不可估量的作用。
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高光谱遥感及其发展与应用综述 摘要：高光谱遥感是20世纪80年代兴起的新型对地观测技术。文中归纳了高光谱遥感技术波段多、波段宽度窄，光谱分辨率高，数据量大、信息冗余，“图谱合一”等特点，具有近似连续的地物光谱信息、地表覆盖的识别能力极大提高、地形要素分类识别方法灵活多样、地形要素的定量或半定量分类识别成为可能等优势，简单介绍了高光谱遥感在国外及国内的发展情况。在此基础上，概述了高光谱遥感在地质矿产、植被生态、大气科学、海洋、农业等领域的应用。 关键词：高光谱遥感；发展；应用 1高光谱遥感 高光谱分辨率遥感是指利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体获取有关数据。它的基础是测谱学。测谱学早在20世纪初就被用于识别分子和原子及其结构，20世纪80年代才开始建立成像光谱学。它是在电磁波谱的紫外、可见光、近红外和中红外区域，获取许多非常窄且光谱连续的图像数据的技术。成像光谱仪为每个象元提供数十至数百个窄波段光谱信息，能产生一条完整而连续的光谱曲线。 1.1高光谱遥感的特点 （1）波段多，波段宽度窄。成像光谱仪在可见光和近红外光谱区内有数十甚至数百个波段。与传统的遥感相比，高光谱分辨率的成像光谱仪为每一个成像象元提供很窄的(一般<10nm) 成像波段，波段数与多光谱遥感相比大大增多，在可见光和近红外波段可达几十到几百个，且在某个光谱区间是连续分布的，这不只是简单的数量的增加，而是有关地物光谱空间信息量的增加。 （2）光谱响应范围广，光谱分辨率高。成像光谱仪响应的电磁波长从可见光延伸到近红外，甚至到中红外。成像光谱仪采样的间隔小，光谱分辨率达到纳米级，一般为10nm左右。精细的光谱分辨率反映了地物光谱的细微特征。 （3）可提供空间域信息和光谱域信息，即“谱像合一”，并且由成像光谱仪得到的光谱曲线可以与地面实测的同类地物光谱曲线相类比。在成像高光谱遥感中，以波长为横轴，灰度值为纵轴建立坐标系，可以使高光谱图像中的每一个像元在各通道的灰度值都能产生1 条完整、连续的光谱曲线，即所谓的“谱像合一”。（4）数据量大，信息冗余多。高光谱数据的波段众多，其数据量巨大，而且由于相邻波段的相关性高，信息冗余度增加。 （5）数据描述模型多，分析更加灵活。高光谱影像通常有三种描述模型：图像模型、光谱模型与特征模型。 1.2高光谱的优势 高光谱遥感的光谱分辨率的提高，使地物目标的属性信息探测能力有所增强。因此，较之全色和多光谱遥感，高光谱遥感有以下显著优势: (1)蕴含着近似连续的地物光谱信息。高光谱影像经过光谱反射率重建，能获取地物近似连续的光谱反射率曲线，与地面实测值相匹配，将实验室地物光谱分析模型应用到遥感过程中。 (2)地表覆盖的识别能力极大提高。高光谱数据能够探测具有诊断性光谱吸收特征的物质，能够准确区分地表植被覆盖类型、道路的铺面材料等。
高光谱遥感技术的发展与展望 中科院上海技术物理研究所 引言 高光谱遥感技术，又称成像光谱遥感技术，是20世纪最后20年中遥感领域最重要的发展之一，它将传统遥感的成像技术和物理中的光谱分析技术有机结合起来，利用图像和光谱二合一（图谱和一）的优势，在探测物体空间特征的同时，研究地球表层物质特征，识别其类型，进行物质成分分析。十几年来，高光谱成像技术和理论一直是遥感对地观测领域内一个活跃的研究和发展方向，随着本世纪初多个星载高光谱成像仪器的发射和实用化机载商业系统的出现，高光谱遥感图像数据开始进入主流遥感数据源的行列，越来越多的用户将在资源管理、农林矿业调查、环境监测等方面发现其独特的作用。 高光谱遥感技术属于多学科交叉技术，主要由信息获取系统——“成像光谱仪”或“高光谱成像仪”和高光谱图像数据处理系统两大部分组成。成像光谱仪的突出特点是：光谱分辨力高、空间分辨力高，波段数多，数据量大，因此高光谱图像数据包含的地物信息更加丰富，要充分发挥高光谱数据的潜能，必须深刻全面地了解要测量的地表物质的光谱特性及其与高光谱传感器的真实测量值之间的关系，并开发适合高光谱数据特点的严密、精确的数据处理方法和理论。正是高光谱成像设备性能的不断提高和高光谱遥感图像数据处理技术的进步促进了高光谱遥感技术实用化的进程，这两大支撑技术的进一步发展也是该技术的应用能否走向辉煌的保证。 1.高光谱遥感的原理 任何物质都会反射、吸收、透射和辐射电磁波，且不同的物体对不同波长的电磁波的吸收、反射或辐射特性是不同的，物质的这种对电磁波固有的波长特性叫光谱特性，是由物质本身包含的原子、分子与电磁波的关系决定的，因此分析物质的光谱曲线是识别物质的有效手段。遥感成像光谱学所研究的波长范围包括可见光、近红外、短波红外，以及中-热红外波段，在可见光、近红外和短波红外波段，地表物质以反射太阳光能量为主，固体盐矿物质、水体、植被、冰雪、土壤等物质都有诊断性识别信息的特征谱，而在热红外区，地表物质以热辐射为主，其辐射光谱也可以作为矿物岩石等的物质识别的判据[ ]。本文主要介绍反射光的高光谱图像。 反映物质差别的特征光谱的吸收峰或反射峰的宽度一般在5~50nm左右[ ]，且越精细的物质分类需要越高的光谱分辨力，而传统的多光谱遥感数据源的光谱分辨力（几十到几百nm）显然无法满足需要，必须采用高光谱图像数据，例如图1为三条光谱曲线，分别属于健康叶面，病害叶面和松软土地，其中土地和叶面的光谱差别很大，利用多光谱数据就可以区分，而两种状况的叶面光谱差别比较小，只能利用光谱分辨力更高的数据才能区分。目前国际上典型的高光谱成像仪，包括我国上海技术物理研究所研制高光谱成像仪的光谱分辨力都优于5－20nm，基本满足地物分类的要求。 图1 光谱曲线与相应的地物波长 反射率
高光谱遥感技术的介绍及应用． 高光谱遥感技术的介绍及应用 在20世纪，人类的一大进步是实现了太空对地观测，即可以从空中和太空对人 类赖以生存的地球通过非接触传感器的遥感进行观测。最近几十年，随着空间技术、计算机技术、传感器技术等与遥感密切相关学科技术的飞速发展，
遥感正在进入一个以高光谱遥感技术、微波遥感技术为主要标志的时代。本文 简要介绍了高光谱遥感技术的特点、发展状况及其在一些领域的应用。 1 高光谱遥感简介 1.1高光谱遥感概念 所谓高光谱遥感，即高光谱分辨率遥感，指利用很多很窄的电磁波波段（通常 <10nm）从感兴趣的物体获取有关数据；与之相对的则是传统的宽光谱遥感，通常>100nm，且波段并不连续。高光谱图像是由成像光谱仪获取的，成像光谱仪 为每个像元提供数十至数百个窄波段光谱信息，产生一条完整而连续的光谱曲线。它使本来在宽波段遥感中不可探测的物质，在高光谱中能被探测。 高光谱遥感技术是近些年来迅速发展起来的一种全新遥感技术，它是集探测器技术、精密光学机械、微弱信号检测、计算机技术、信息处理技术于一体的综合性技术。在成像过程中，它利用成像光谱仪以纳米级的光谱分辨率，以几十或几百个波段同时对地表地物像，能够获得地物的连续光谱信息，实现了地物空间信息、辐射信息、光谱信息的同步获取，因而在相关领域具有巨大的应用价值和广阔的发展前景。 1.2高光谱遥感数据的特点
同其他常用的遥感手段相比 ,成像光谱仪获得的数据具有以下特点: 1）、多波段、波段宽度窄、光谱分辨率高。波段宽度 < 10 nm ，波段数较多光谱遥感(由几个离散的波段组成)大大增多，在可见光和近红外波段可达几十到几百个。如 AVIRIS在 0. 4～214 波段范围内提供了224 个波段。研究表明许多这是传统的多光谱等。40 nm～20地物的吸收特征在吸收峰深度一半处 的宽度为 遥感技术所不能分辨的(多光谱遥感波段宽度在 100～200 nm 之间)，而高光 谱遥感甚至光谱分辨率更高的超光谱遥感却能对地物的吸收光谱特征进行很好的识别，这使得过去以定性、半定量的遥感向定量遥感发展的进程被大大加快。另外，在成像高光谱遥感中，以波长为横轴，灰度值为纵轴建立坐标系，可以 使高光谱图像中的每一个像元在各通道的灰度值都能产生一条完整、连续的光谱曲线，即所谓的“谱像合一”，它是高光谱成像技术的一大特点。 2）、由于波段众多，波段窄且连续，相邻波段具有很高的相关性，使得高光数据
遥感技术在矿山开发调查与监测中的应用 摘要：内蒙古自治区矿产资源丰富，随着矿产资源开发速度的加快，采矿与生态环境保护二者矛盾逐渐显现。本文在内蒙古重点矿集区开展矿产资源开发利用、矿山环境、矿产资源规划执行情况多目标遥感调查与监测研究，对有关部门行使职能进行矿产资源开发秩序管理和矿区环境综合治理具有重要意义。 关键字：矿山环境，遥感，监测 0 引言 内蒙古自治区矿产资源丰富，是我国重要的资源大省。随着矿产资源开发速度的加快，采矿与生态环境保护二者矛盾逐渐显现，生态形势越来越严峻。为了实现矿产资源合理开发、永续利用，有必要开展矿山开发调查与监测工作。 我国矿政机关矿产资源开发监测大多为传统的现场监测，费时费力，大量的违法开采行为不能及时发现。遥感监测手段以其动态、快速、准确等特点，对于改变这一情况可以发挥很好的作用。 1 研究区概况 研究区位于内蒙古自治区，由乌海乌达煤矿区、鄂尔多斯东胜煤田万利矿区、包头白云鄂博铁矿区、赤峰林西大井子铅锌矿区、呼伦贝尔甲乌拉铅锌矿区和赤峰白音诺尔铅锌矿区组成。研究区内跨度范围大，自然地理条件差别较大。区内矿山开采矿种和开采方式有所不同，主要开采矿种为煤矿、铁矿、铅锌矿、稀土等。 2. 研究内容及方法 2.1 研究内容 本论文主要依靠遥感影像获取矿产开采占地、地质灾害的分布和范围以及采矿活动引发的污染、植被破坏、土地损毁等信息，综合分析已有的各方面的资料，如采矿登记数据库、矿产资源开发规划和相关自然保护规划等，对区内的采矿活动是否符合要求加以判断，达到对监测地区矿产资源开发活动的全面了解，动态监测的目的。 2.2 影像数据源 根据研究内容和成图比例尺选用了2009年的SPOT5、Quickbird 、Worldview-I、ALOS、GeoEye-1等数据开展遥感调查与监测。SPOT5数据用于1:5万比例尺成图，其他数据用于1:1万比例尺成图。各数据影像清晰，质量较好，含云量均在5%以下，无条带和噪声干扰。
遥感技术与系统概论 结课作业 高光谱遥感技术及发展
高光谱遥感技术及发展 摘要：经过几十年的发展，无论在遥感平台、遥感传感器、还是遥感信息处理、遥感应用等方面，都获得了飞速的 发展，目前遥感正进入一个以高光谱遥感技术、微波遥感技 术为主的时代。本文系统地阐述了高光谱遥感技术在分析技 术及应用方面的发展概况，并简要介绍了高光谱遥感技术主 要航空/卫星数据的参数及特点。 关键词：高光谱，遥感，现状，进展，应用 一、高光谱遥感的概念及特点 遥感是20 世纪60 年代发展起来的对地观测综合性技术，是指应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术[1]。所谓高光谱遥感，即高光谱分辨率遥感，指利用很多很窄的电磁波波段（通常<10nm）从感兴趣的物体获取有关数据；与之相对的则是传统的宽光谱遥感，通 常>100nm，且波段并不连续。高光谱图像是由成像光谱仪获取的，成像光谱仪为每个像元提供数十至数百个窄波段光谱信息，产生一条完整而连续的光谱曲线。它使本来在宽波段遥感中不可
探测的物质，在高光谱中能被探测。 同其它传统遥感相比，高光谱遥感具有以下特点： ⑴波段多。成像光谱仪在可见光和近红外光谱区内有数十甚至数百个波段。 ⑵光谱分辨率高。成像谱仪采样的间隔小，一般为10nm 左右。精细的光谱分辨率反映了地物光谱的细微特征。 ⑶数据量大。随着波段数的增加，数据量呈指数增加[2]。 ⑷信息冗余增加。由于相邻波段的相关性高，信息冗余度增加。 ⑸可提供空间域信息和光谱域信息，即“图谱合一”，并且由成像光谱仪得到的光谱曲线可以与地面实测的同类地物光谱曲线相类比。近二十年来，高光谱遥感技术迅速发展，它集探测器技术、精密光学机械、微弱信号检测、计算机技术、信息处理技术于一体，已成为当前遥感领域的前沿技术。 二、发展过程 自80 年代以来，美国已经研制了三代高光谱成像光谱仪。1983 年，第一幅由航空成像光谱仪
遥感技术综述 遥感是指非接触的，远距离的探测技术。一般指运用传感器/遥感器对物体的电磁波的辐射、反射特性的探测，并根据其特性对物体的性质、特征和状态进行分析的理论、方法和应用的科学技术。遥感技术是从人造卫星、飞机或其他飞行器上收集地物目标的电磁辐射信息，判认地球环境和资源的技术。它是60年代在航空摄影和判读的基础上随航天技术和电子计算机技术的发展而逐渐形成的综合性感测技术。任何物体都有不同的电磁波反射或辐射特征。 一、遥感技术的基本内容 遥感可按数据获取、处理、分析和应用的整个过程中的主要内容分类。遥感技术包括五个方面的内容: 传感器研制、数据获取、数据处理、信息提取和遥感应用。从这几方面的内容可见，遥感是一个多学科交叉的产物。 二、遥感技术的应用 遥感技术已广泛应用于农业、林业、地质、海洋、气象、水文、军事、环保等领域。在未来的十年中，预计遥感技术将步入一个能快速，及时提供多种对地观测数据的新阶段。遥感图像的空间分辨率，光谱分辨率和时间分辨率都会有极大的提高。其应用领域随着空间技术发展，尤其是地理信息系统和全球定位系统技术的发展及相互渗透，将会越来越广泛。 1、在地质找矿中的应用 遥感地质找矿是遥感信息获取含矿信息提取以及含矿信息成矿分析与应用的过程。(1) 遥感岩石矿物识别 遥感岩矿识别技术非常适宜于植被稀少基岩裸露区的区域性地质。 (2) 矿化蚀变信息提取 矿化蚀变信息提取技术对于地质工作程度低的西部地区在一定程度上相当于区域化探扫面的功效，具体运用时应注意多种矿化蚀变信息提取方法的结合。 (3) 地质构造信息提取 (4) 植被波谱特征的找矿应用 高植被覆盖区遥感地质找矿可以结合植物波谱信息和植物地球化学方法来进行实践证明，对寻找隐伏矿床卓有成效但目前仍主要处于研究阶段。 2、在土地荒漠化监测中的应用 20世纪70年代，国外开始使用遥感技术进行土地荒漠化的监测。如阿根廷完全基于遥感手段对土地荒漠化的状态进行了评估；Tripathy等利用MSS和印度资源卫星(IRS)数据对印度古尔伯加的土地荒漠化进行了评价；Michael等应用遥感技术结合土地荒漠化的理论，通过对荒漠化动态变化规律的监测编制土地退化野外调查手册。我国从20世纪70年代开始利用国外卫星数据进行资源调查和灾害环境的监测80年代初期开始运用遥感技术进行有关土地荒漠化的资源调查 三、遥感科学技术的发展趋势 随着科学技术的进步，光谱信息成像化，雷达成像多极化，光学探测多向化，地学分析智能化，环境研究动态化以及资源研究定量化，大大提高了遥感技术的实时性和运行性，使其向多尺度、多频率、全天候、高精度和高效快速的目标发展。
国土资源遥感技术应用现状与发展趋势崔雪勇 摘要：在经济社会高速的发展背景下，人口数量也在急剧增加，城市化建设步 伐也越来越快，这些都使得土地资源本就紧张的局势显得更加的突出起来，自一 九九九年以来国土资源组织中国土地勘测规划院等很多单位，针对人口数量在50万以上的城市以及个别热点地区实施相关的遥感监测工作，通过分辨率较高的卫 星数据以及人机互译的技术手段，对土地的实际利用情况实施调查与分析。本文 将从其应用的现状及其未来的发展前景进行一系列的分析和讨论，并提出相应的 观点，仅供大家参考。 关键词：遥感技术；国土资源；管理；应用现状；发展前景 前言 我国国土面积九百六十万平方公里，位居世界第三位，长久以来我党和相关 政府部门在国土资源的管理上进行了大量人力、物力和财力方面的投入，取得了 非常显著的效果。遥感技术作为现阶段在我国国土资源管理过程中应用的较为广 泛的技术类型，不仅能够对相关的信息数据进行准确的收集，同时还可以利用该 技术对整体进行成像处理，进一步实现对于各类景物的识别和相应的探测工作， 大大提升了国土资源管理的效率。 1遥感技术在国土资源管理中的应用现状分析 笔者结合自身多年国土资源管理工作经验，同时参考大量文献资料的相关数 据信息将遥感技术在其具体的管理中的应用现状总结为以下几个方面： 1.1遥感技术在国土资源管理中的应用优势分析 本文将从以下几个方面对现阶段遥感技术在国土资源管理中的应用优势进行 阐述，具体内容如下： 首先，国土资源管理相较于其他行业来说数据信息等各种材料相对较多，采 用传统的管理模式对其进行处理非常不利于整体的规划和布局。在其管理中采用 现代化的遥感技术能够大大提升整体数据的处理和管理能力，特别是对于数据信 息的获取和周期数据的处理方面，遥感技术拥有非常明显的优势，能够最为直接 和详尽的将国土资源的总体情况和布局全面的进行展示，除此之外，通过遥感技 术的应用还有助于相关部门即使了解国土资源的具体情况从而对其中存在的问题 进行及时的治理。 其次，在国土资源的管理中应用现代化的遥感技术有助于帮助相关工作人员 准确及时的对自然情况进行监测，在区域内部发生地质灾害之前及时进行预警处理，最大限度的将地质灾害所造成的影响和破坏降到最低，更好的保障人民群众 的生命和财产安全。 最后，在国土资源的管理中应用现代化的遥感技术有助于相关矿产资源的开 发和利用，遥感技术与传统的探测技术相比在其光谱获取方面拥有非常大的优势，能够最为迅速且准确的进行相应矿产资源的探索和开发，更有效的推动我国矿产 行业的发展和进步。 1.2在土地利用总体规划中的应用 在国家土地利用总体规划管理中遥感技术的应用发挥着巨大的作用，可以有 效提升规划设计的真实性，通过进行遥感正摄像图制作，能够在总体规划新一轮 土地利用中，进行基础图件修编，大大提升了过去规划编制过程中运用小比例尺 以及现势差的底图缺点，可以为此项工作的开展提供更加精准的数据支持。 1.3遥感技术在国土资源管理中存在的问题分析
高光谱遥感
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高光谱遥感的基本概念 高光谱遥感器及平台简介 高光谱遥感技术 高光谱应用概况
高光谱遥感的基本概念
? 高光谱分辨率（简称为高光谱）遥感或成像光 谱遥感技术的发展是过去二十年中人类在对地 观测方面所取得的重大技术突破之一，是当前 遥感的前沿技术。它是指利用很多很窄的电磁 波波段获取许多非常窄且光谱连续的图像数据 的技术，融合了成像技术和光谱技术，准实时 地获取研究对象的影像和每个像元的光谱分布。
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(Multispectral)，这样的遥感器在可见光和近红外光谱区 只有几个波段，如美陆地卫星TM和法国SPOT卫星等; 光谱分 辨率在10-2λ的遥感信息称之为高光谱(Hyperspectral)遥感。由 于其光谱分辨率高达纳米(nm)数量级，往往具有波段多的特 点，即在可见到近红外光谱区其光谱通道多达数十甚至超过 100以上。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(Ultraspectral)阶段 、
光谱区域（nm） ： 400 700 1100 2500 5500 14000
VIS VNIR
PIR
MIR
Sunlight 光谱分辨率 波段数 多光谱 高光谱 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
高光谱遥感技术的介绍及应用在20世纪，人类的一大进步是实现了太空对地观测，即可以从空中和太空对人类赖以生存的地球通过非接触传感器的遥感进行观测。最近几十年，随着空间技术、计算机技术、传感器技术等与遥感密切相关学科技术的飞速发展，遥感正在进入一个以高光谱遥感技术、微波遥感技术为主要标志的时代。本文简要介绍了高光谱遥感技术的特点、发展状况及其在一些领域的应用。 1 高光谱遥感简介 1.1高光谱遥感概念 所谓高光谱遥感，即高光谱分辨率遥感，指利用很多很窄的电磁波波段（通常<10nm）从感兴趣的物体获取有关数据；与之相对的则是传统的宽光谱遥感，通常>100nm，且波段并不连续。高光谱图像是由成像光谱仪获取的，成像光谱仪为每个像元提供数十至数百个窄波段光谱信息，产生一条完整而连续的光谱曲线。它使本来在宽波段遥感中不可探测的物质，在高光谱中能被探测。 高光谱遥感技术是近些年来迅速发展起来的一种全新遥感技术，它是集探测器技术、精密光学机械、微弱信号检测、计算机技术、信息处理技术于一体的综合性技术。在成像过程中，它利用成像光谱仪以纳米级的光谱分辨率，以几十或几百个波段同时对地表地物像，能够获得地物的连续光谱信息，实现了地物空间信息、辐射信息、光谱信息的同步获取，因而在相关领域具有巨大的应用价值和广阔的发展前景。 1.2高光谱遥感数据的特点 同其他常用的遥感手段相比,成像光谱仪获得的数据具有以下特点: 1）、多波段、波段宽度窄、光谱分辨率高。波段宽度< 10 nm ，波段数较多光谱遥感(由几个离散的波段组成)大大增多，在可见光和近红外波段可达几十到几百个。如A VIRIS在0. 4～214 波段范围内提供了224 个波段。研究表明许多地物的吸收特征在吸收峰深度一半处的宽度为20～40 nm。这是传统的多光谱等
浙江师范大学 研究生课程论文封面 课程名称：遥感理论与技术 开课时间： 2014-2015年第一学期 学院地理与环境科学学院学科专业自然地理学 学号2014210580 姓名张勇 学位类别全日制硕士 任课教师陈梅花 交稿日期2015年1月21日 成绩 评阅日期 评阅教师 签名 浙江师范大学研究生学院制
高光谱遥感应用研究综述 张勇 （浙江师范大学地理环境与科学学院，浙江金华321004） 摘要：高光谱遥感是近二十年发展起来的谱像和一的遥感前沿技术。虽然发展时间不长，但由于其本身的特点，使其获得了广泛的重视和应用。本文阐述了高光谱遥感的特点、优势，以及在航空及航天领域的发展情况，列举了几种典型高光谱成像仪的光学系统原理和主要技术指标。在此基础上，概述了高光谱遥感在植被生态、大气环境、地质矿产、海洋、军事等领域的应用情况。最后对高光谱遥感发展趋势提出了几点建议，包括低反射率目标遥感、高信噪比、高空间分辨率及宽覆盖范围等方面。 关键字：高光谱遥感；应用；成像光谱以；研究综述 Conclusion application of hyperspectral remote sensing Zhang Yong (Geography and environmental sciences, Zhejiang Normal University, Jinhua 321004) Abstract:Hyperspectral remote sensing, developed in the late twenty years, is the advanced technology of remote sensing. Because of its characters, Hyperspectral Remote Sensing has been attached importance to and used widly. The characteristics and advantages of hyperspectral remote sensing, and development situation are presented in the fields of aviation and aerospace. Several typical hyperspectral imager optical system principle and the main technical indicators are particularized. At the same time, the applications with hyperspectral remote sensing in vegetation ecology, atmospheric science ,geology and mineral resources, marine and military fields are summarized. The suggestions for the future development trend of hyperspectral remote sensing are given in the end，including the remote sensing of low reflectivity target, high signal-to-noise ratio, high spatial resolution and wide coverages. Keywords: hyperspectral remote sensing；application；imaging spectrometer 1 引言 遥感是20世纪60年代发展起来的对地观测综合性技术，是指应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术[1]。经过几十年的发展，无论在遥感平台、遥感传感器、还是遥感信息处理、遥感应用等方面，都获得了飞速的发展，目前遥感正进入一个以高光谱遥感技术、微波遥感技术为主的时代。本文系统地阐述了高光谱遥感技术在分析技术及应用方面的发展概况，并简要介绍了高光谱遥感技术主要航空/卫星数据的参数及特点。 1.1高光谱遥感简介 高光谱遥感技术又称为成像光谱技术，是指利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体
遥感技术在地质工作中的应用 王兴运付勇涛 （黑龙江科技学院资源与环境工程学院资源勘查工程08级2班卢少春’） 摘要：1957年,第一颗人造地球卫星升空,标志着人类进入了太空时代，从此人类以崭新的角度开始重新认识自己赖以生存的地球。空间信息技术是本世纪60年代发展起来的一门新兴的科学技术，遥感技术，包括地理信息系统和全球定位系统，则是对地观测的重要手段。 21世纪，遥感技术作为一种基本技术手段已经成为地质调查工作所广泛应用，随着空间遥感技术在光谱和空间分辨率方面的不断提高，又为遥感的地质应用提供了新的发展机会，为地质工作者在矿产勘查、区调工作、生态环境观察等方面提供了便利。 关键词：遥感技术、21世纪、地质工作、观测 Abstract: in 1957, the first man-made earth satellite launch, marks the humanity entered into the space age, from the Angle of human with brand-new started to know yourself to the survival of the earth. Space information technology is developed in the 1960s the century of an emerging science and technology, and remote sensing technique, including the geographic information system, and the global positioning system, it is an important means of on earth observation. In the 21st century, remote sensing technology as a basic technology has become geology survey work, along with the wide application of remote sensing technology in the spectra space with the continuous improvement of the spatial resolution, and the geological application for remote sensing,
第21卷 第2期地 球 物 理 学 进 展V ol.21 N o.22006年6月(页码:588~593) P ROG RESS IN G EOP HY SICS June. 2006 遥感技术在我国矿产资源预测评价中的应用 丁建华, 肖克炎 (中国地质科学院,北京100037) 摘 要 遥感技术作为有效的辅助手段应用于矿产资源预测已有多年历史.随着遥感技术的发展,遥感技术的作用将会变得越来越重要.本文综合叙述了遥感技术在资源预测评价中的应用现状以及应用方法,并对将来遥感技术在资源预测中的应用前景进行了展望.关键词 遥感,矿产资源,评价 中图分类号 P631 文献标识码 A 文章编号 1004-2903(2006)02-0588-06 The application of remote rensing in mineral resource assessment area DING Jian -hua, XIAO Ke -yan (China Ac ade my of G eological Science s,B eij ing 100037,China) Abstract As an effect ive assistant metho d,R emote sensing techno lo gy has been used in miner al resour ce assessment for many years.W ith the develo pment of the technolo gy ,remo te sensing will become mor e and mo re important in re -so ur ce ev aluatio n ar ea.T his paper sho ws t he st atus and method o f r emote sensing used in mineral r eso ur ce assess -ment,and expects mo re using o f remote sensing.Keywords r emo te sensing,mineral recourse,assessment 收稿日期 2005-07-11; 修回日期 2005-08-30.基金项目 国土资源大调查(1212010535804)项目资助. 作者简介 丁建华,女,1969年生,中国地质科学院矿产普查与勘探专业在读博士,1991年毕业于中南工业大学.(E -m ail:din gzhanzhan@ https://www.doczj.com/doc/a74100025.html,) 0 引 言 遥感(Remote Sensing )是通过遥感器/遥远0地采集目标对象的数据,并通过对数据的分析来获取有关地物目标或地区的信息的一门科学和技术 [1] . 遥感采集的数据包括电磁波(光、热、无线电等)、力(重力、磁力等)、声波等.文中提到的遥感只涉及电磁波遥感的范畴,包括航空遥感和航天遥感,是指从远距离甚至外层空间的工作平台上,利用可见光、红外、微波等探测仪,通过摄影或扫描的方式,获得地物对电磁波辐射能量的感应特征. 遥感在地质学上的应用始于20世纪70年代,人们利用遥感视域宽、信息丰富、具定时性定位性的特点,研究地球表面及表层的地质体、地质现象的电磁辐射特征,识别地质体的物性及运动状态,从而为地质构造研究、矿产资源勘查、区域地质调查、环境 和灾害地质监测等研究提供帮助. 我国遥感地质起步较早,经历了从航空遥感到航天遥感、从目视解译的/图像遥感0到计算机处理 分析的/数字遥感0[2]、从定性解释到定量分析的过程,从而在理论研究及应用方法上均有了长足的发展.由于遥感技术可以在短时间内提供区域的宏观数据,以直观清晰的图像显示地物景观,反映大量地表和浅地表的地质信息,还可以通过那些受地下隐伏地质体、隐伏构造控制和影响的地物的异常信息,来间接识别隐伏地质特征,从而对物探、化探、钻探等勘探手段进行有效的补充,在一定程度上弥补了上述勘查手段的不足,因此被广泛应用于地质研究,在/七五0、/八五0期间,经过科技攻关研究和应用实践,将遥感方法广泛应用于大比例尺成矿预测,获得很大成功,形成了一套可操作性较强的方法和标准,并进行推广和应用[3~5]:在基础地质方面,遥感应用
第１１卷 第３期２ ０１３年６月光学与光电技术 ＯＰＴＩＣＳ ＆ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．１１，Ｎｏ．３ Ｊｕｎｅ，２０１３收稿日期 ２０１２－０９－２９； 收到修改稿日期 ２０１２－１２－ １３作者简介 张达（１９８１－） ，男，博士，副研究员，硕士生导师，主要从事空间光学遥感仪器的研制、空间光学成像，以及光谱探测技术方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｄａ＠ｃｉｏｍｐ ．ａｃ．ｃｎ基金项目 国防预研基金（ＳＡ０５０），国家８６３高技术研究发展计划（２０１０ＡＡ１２２１０９１００１） ，吉林省科技发展计划（２０１１０１０７９ ）资助项目文章编号：１６７２－３３９２（２０１３）０３－００６７－ ０７高光谱遥感的发展与应用 张 达 郑玉权 （中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３） 摘要 阐述了高光谱遥感的特点、优势，以及在航空及航天领域的发展情况，列举了几种典型高光谱成像仪的光学系统原理和主要技术指标。在此基础上， 概述了高光谱遥感在植被生态、大气环境、地质矿产、海洋、军事等领域的应用情况。最后对高光谱遥感发展趋势提出了几点建议，包括低反射率目标遥感、高信噪比、高空间分辨率及宽覆盖范围等方面。关键词 高光谱遥感；发展；应用；成像光谱仪中图分类号 ＴＰ７０ 文献标识码 Ａ １ 引 言 遥感技术是２０世纪６０年代发展起来的对地 观测综合性技术［１］ ，随着２０世纪８０年代成像光谱 技术的出现， 光学遥感进入了高光谱遥感阶段。从２０世纪９０年代开始， 高光谱遥感已成为国际遥感技术研究的热门课题和光电遥感的最主要手段。 高光谱遥感技术作为对地观测技术的重大突破［ ２］ ，其发展潜力巨大。 高光谱遥感实现了遥感数据图像维与光谱维信息的有机融合，在光谱分辨率上有巨大优势，是遥感发展的里程碑。随着高光谱遥感技术的日趋成熟，其应用领域也日益广泛，已渗透到国民经济的各个领域，如环境监测、资源调查、工程建设等，对于推动经济建设、社会进步、环境的改善和国防建设起到了重大的作用。本文主要阐述高光谱遥感的特点、优势以及在航空及航天领域的发展情况，概括了高光谱遥感在植被生态、大气环境、地质矿产， 海洋军事等领域的应用情况。２ 高光谱遥感特点与优势 高光谱遥感是高光谱分辨率遥感（Ｈｙｐｅｒｓｐ ｅｃ－ｔｒａｌ Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ） 的简称［３］ ，它是在电磁波谱的紫外、可见光、近红外、中红外和热红外波段范围 内，获取许多非常窄且光谱连续的影像数据的技 术，是在传统的二维遥感的基础上增加了光谱维，形成的一种独特的三维遥感。对大量的地球表面物质的光谱测量表明， 不同的物体会表现出不同的光谱反射和辐射特征，这种特征引起吸收峰和反射峰的波长宽度在５～５０ｎｍ左右，其物理内涵是不同的分子、 原子和离子的晶格振动，引起不同波长的光谱发射和吸收，从而产生了不同的光谱特征。运用具有高光谱分辨率的仪器，通过获取图像上任何一个像元或像元组合所反映的地球表面物质的光谱特性， 经过后续数据处理，就能达到快速区分和识别地球表面物质的目的［ ４］ 。高光谱遥感的成像光谱仪具有光谱分辨率高（５～１０ｎｍ），光谱范围宽（０．４μｍ～２．５μｍ） 的显著特点，可以分离成几十甚至数百个很窄的波段来接收信息， 所有波段排列在一起能形成一条连续的完整的光谱曲线，光谱的覆盖范围从可见光、近红外到短波红外的全部电磁辐射波谱范围。高光谱数据是一个光谱图像的立方体，其空间图像维描述地表二维空间特征，其光谱维揭示图像每一像元的光谱曲线特征，由此实现了遥感数据图像维与光谱 维信息的有机融合［ ５］ 。高光谱遥感在光谱分辨率方面的巨大优势，使得空间对地观测时可获取众多连续波段的地物光谱图像， 从而达到直接识别地球表面物质的目的。地物光谱维信息量的增加为遥感对地观测、地物识别及地理环境变化监测提供了
高光谱在遥感技术的应用 高光谱遥感技术（Hyperspectral Remote Sensing）的兴起是20世纪80年代遥感技术发展的主要成就之一.作为当前遥感的前沿技术，高光谱遥感在光谱分辨率上具有巨大的优势。，随着高光谱遥感技术的日趋成熟，其应用领域也日益广泛。本文主要阐述高光谱遥感的特点和主要应用。 1 高光谱遥感 孙钊在《高光谱遥感的应用》中提到，高光谱遥感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，利用成像光谱仪获取许多非常窄的光谱连续的影像数据的技术。 [1]高光谱遥感具有较高的光谱分辨率，通常达到10～2λ数量级。[2] 1.1 高光谱遥感特点 综合多篇关于高光谱的期刊文章，总结高光谱具有如下特点： （1）波段多，波段宽度窄。成像光谱仪在可见光和近红外光谱区内有数十甚至数百个波段。[3]与传统的遥感相比，高光谱分辨率的成像光谱仪为每一个成像象元提供很窄的(一般<10nm) 成像波段，波段数与多光谱遥感相比大大增多，在可见光和近红外波段可达几十到几百个，且在某个光谱区间是连续分布的，这不只是简单的数量的增加，而是有关地物光谱空间信息量的增加。[4] （2）光谱响应范围广，光谱分辨率高。成像光谱仪响应的电磁波长从可见光延伸到近红外，甚至到中红外。[5]成像光谱仪采样的间隔小，光谱分辨率达到纳米级，一般为10nm 左右。精细的光谱分辨率反映了地物光谱的细微特征。 （3）可提供空间域信息和光谱域信息，即“谱像合一”，并且由成像光谱仪得到的光谱曲线可以与地面实测的同类地物光谱曲线相类比。在成像高光谱遥感中，以波长为横轴，灰度值为纵轴建立坐标系，可以使高光谱图像中的每一个像元在各通道的灰度值都能产生1 条完整、连续的光谱曲线，即所谓的“谱像合一”。 （4）数据量大，信息冗余多。高光谱数据的波段众多，其数据量巨大，而且由于相邻波段的相关性高，信息冗余度增加。 （5）数据描述模型多，分析更加灵活。高光谱影像通常有三种描述模型：图像模型、光谱模型与特征模型。 1.2 高光谱遥感的优势 高光谱遥感的光谱分辨率的提高，使地物目标的属性信息探测能力有所增强。因此，较之全色和多光谱遥感，高光谱遥感有以下显著优势:
第07卷 第08期 中 国 水 运 Vol.7 No.08 2007年 08月 China Water Transport August 2007 收稿日期：2007-5-4 作者简介：袁迎辉 女（1983—） 东华理工大学矿产普查与勘探专业在读硕士研究生 （344000） 高光谱遥感技术综述 袁迎辉 林子瑜 摘 要：高光谱分辨率遥感是20世纪80年代兴起的新型对地观测技术，与传统遥感相比，高光谱遥感具有更为广泛的应用前景。文中概述了高光谱遥感的特点、发展过程、发展程度及目前几种典型的成像光谱仪数据特点。 关键词：高光谱遥感 数据处理技术 成像光谱仪 中图分类号：TP72 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2007）08-0155-03 遥感是20世纪60年代发展起来的对地观测综合性技术，是指应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术[1]。经过几十年的发展，无论在遥感平台、遥感传感器、还是遥感信息处理、遥感应用等方面，都获得了飞速的发展，目前遥感正进入一个以高光谱遥感技术、微波遥感技术为主的时代。本文系统地阐述了高光谱遥感技术在分析技术及应用方面的发展概况，并简要介绍了高光谱遥感技术主要航空/卫星数据的参数及特点。 一、高光谱遥感的概念及特点 所谓高光谱遥感，即高光谱分辨率遥感，指利用很多很窄的电磁波波段（通常<10nm）从感兴趣的物体获取有关数据[3]；与之相对的则是传统的宽光谱遥感，通常>100nm，且波段并不连续。高光谱图像是由成像光谱仪获取的，成像光谱仪为每个像元提供数十至数百个窄波段光谱信息，产生一条完整而连续的光谱曲线。它使本来在宽波段遥感中不可探测的物质，在高光谱中能被探测。 同其它传统遥感相比，高光谱遥感具有以下特点： ⑴ 波段多。成像光谱仪在可见光和近红外光谱区内有数十甚至数百个波段。⑵ 光谱分辨率高。成像光谱仪采样的间隔小，一般为10nm 左右。精细的光谱分辨率反映了地物光谱的细微特征。⑶ 数据量大。随着波段数的增加，数据量呈指数增加[2]。⑷ 信息冗余增加。由于相邻波段的相关性高，信息冗余度增加。⑸ 可提供空间域信息和光谱域信息，即“图谱合一”，并且由成像光谱仪得到的光谱曲线可以与地面实测的同类地物光谱曲线相类比。 近二十年来，高光谱遥感技术迅速发展，它集探测器技术、精密光学机械、微弱信号检测、计算机技术、信息处理技术于一体，已成为当前遥感领域的前沿技术。 二、发展过程 自80年代以来，美国已经研制了三代高光谱成像光谱仪。1983年，第一幅由航空成像光谱仪（AIS-1）获取的高光谱分辨率图像的正式出现标志着第一代高光谱分辨率传感 器面世。第一代成像光谱仪（AIS），由美国国家航空和航天管理局（NASA）所属的喷气推进实验室设计，共有两种，AIS-1(1982年~1985年，128波段)和AIS-2(1985年~1987年，128波段)，其光谱覆盖范围为1.2~2.4μm。 1987年，由NASA 喷气推进实验室研制成功的航空可见光/红外光成像光谱仪（AVIRIS）成为第二代高光谱成像仪的代表。与此同时，加拿大、澳大利亚、日本等国家竞相投入力量研究成像光谱仪。在AVIRIS 之后,美国地球物理环境研究公司(GER)又研制了1台64通道的高光谱分辨率扫描仪(GERIS),主要用于环境监测和地质研究。其中63个通道为高光谱分辨率扫描仪,第64通道是用来存储航空陀螺信息。 第三代高光谱成像光谱仪为克里斯特里尔傅立叶变换高光谱成像仪(FTHSI)，其重量仅为35kg，采用256通道,光谱范围为400~1050nm，光谱分辨率为2~10nm，视场角为150°。而于1999年和2000年发射升空的中分辨率成像光谱仪(MODIS 和Hyperion)都已经成为主要的应用数据来源。 在国内，成像光谱仪的研制工作紧跟国际前沿技术，目前已跻身国际先进行列。先后研制成功了专题应用扫描仪、红光细分光谱扫描仪FIMS、热红外多光谱扫描仪TIMS、19波段多光谱扫描仪AMSS、71波段的模块化航空成像光谱仪MAIS、128波段的OMIS 以及244波段的推扫式成像仪PHI 等。此外，中国科学院上海技术物理研究所研制的中分辨率成像光谱仪于2002年随“神州”三号飞船发射升空，这是继美国1999年发射EOS 平台之后第二次将中分辨率成像光谱仪送上太空，从而使中国成为世界上第二个拥有航天载成像光谱仪的国家。 经过20世纪80年代的起步与90年代的发展，至90年代后期，高光谱遥感应用由实验室研究阶段逐步转向实际应用阶段。迄今为止，国际上已有许多套航空成像光谱仪与少数几个卫星成像光谱仪处于运行状态，在实验、研究以及信息的商业化方面发挥着重要作用。