2 高光谱遥感成像系统

高光谱成像系统人眼是人类认识外部世界的重要器官，它给我们带了很多的方便。

但是，它并非完美。

有些它本身的局限，如它对外部世界的描述相当于一个积分器，是一个整体的感知。

不能够对各波段光的分布情况显示。

现实生活中，我们恰恰需要对某件物品或者某个整体进行光谱分析从而研究其各部分的理化性质。

那么，多光谱成像仪和高光谱成像仪便应运而生。

多光谱成像技术和高光谱成像技术是有较大区别的。

高光谱和多光谱实质上的差别就是：高光谱的波段较多，谱带较窄。

多光谱相对波段较少。

这里就浅显地介绍高光谱成像系统。

高光谱成像技术是基于非常多窄波段的影像数据技术，它将成像技术与光谱技术相结合，探测目标的二维几何空间及一维光谱信息，获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据。

所谓高光谱图像就是在光谱维度上进行了细致的分割，不仅仅是传统所谓的黑、白或者R、G、B的区别，而是在光谱维度上也有N个通道，例如：我们可以把400nm-1000nm分为300个通道。

因此，通过高光谱设备获取到的是一个数据立方，不仅有图像的信息，并且在光谱维度上进行展开，结果不仅可以获得图像上每个点的光谱数据，还可以获得任一个谱段的影像信息。

高光谱成像技术是基于非常多窄波段的影像数据技术，它将成像技术与光谱技术相结合，探测目标的二维几何空间及一维光谱信息，获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据。

目前高光谱成像技术发展迅速，常见的包括光栅分光、声光可调谐滤波分光、棱镜分光、芯片镀膜等。

下面将分条介绍。

一、光栅分光原理。

在经典物理学中，光波穿过狭缝、小孔或者圆盘之类的障碍物时，不同波长的光会产生不同程度的弯散传播，再通过光栅进行衍射分光，形成一条条谱带。

也就是说：空间中的一维信息通过镜头和狭缝后，不同波长的光按照不同程度的弯散传播，这一维图像上的每个点，再通过光栅进行衍射分光，形成一个谱带，照射到探测器上，探测器上的每个像素位置和强度表征光谱和强度。

一个点对应一个谱段，一条线就对应一个谱面，因此探测器每次成像是空间一条线上的光谱信息，为了获得空间二维图像再通过机械推扫，完成整个平面的图像和光谱数据采集。

航天返回与遥感第44卷第6期12 SPACECRAFT RECOVERY & REMOTE SENSING2023年12月星载高光谱成像系统发展综述刘思田卢慧王栋李晓兰朱春丽边丽蘅*（北京理工大学复杂环境智能感测技术工信部重点实验室，北京100081）摘要高光谱遥感技术通过记录地表物体在多个连续波段下的光谱信息，实现高精度的地球观测与分析。

为了获取更多地物目标的细节信息，研究人员提出了对高光谱成像系统各项参数指标的新要求，国内外开展了大量相关研究。

随着卫星技术的成熟，高光谱遥感平台从最初的机载平台逐渐发展到星载平台，促进了高光谱遥感图像在地质、农林业、环境监测等领域的广泛应用。

目前，多数光谱成像系统选用传统的光学器件来实现分光，将计算光学与高光谱遥感结合，有利于集成更紧凑便捷的成像系统。

文章首先介绍了高光谱成像系统的主要类型和原理，随后对近30年来典型的星载高光谱成像系统及载荷进行了综述，梳理了典型国内外星载高光谱成像系统的发展现状，并对不同国家成像系统的性能指标进行了对比分析，总结了相应的发展历程，并对未来星载高光谱成像系统的发展作出了展望。

关键词高光谱成像系统遥感载荷星载光谱成像仪发展趋势中图分类号:V248.1；TP391.41文献标志码: A 文章编号: 1009-8518(2023)06-0012-15 DOI: 10.3969/j.issn.1009-8518.2023.06.002Overview of Development Analysis of Space-Borne HyperspectralImaging SystemLIU Sitian LU Hui WANG Dong LI Xiaolan ZHU Chunli BIAN Liheng*（MIIT Key Laboratory of Complex-Field Intelligent Sensing, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China）Abstract Hyperspectral remote sensing technology provides high-precision earth observation and analysis by recording the spectral information of ground objects over multiple continuous wavelength bands. To obtain more detailed information about the earth’s surface, researchers worldwide have conducted extensive studies on various parameters of hyperspectral remote sensing payloads. With satellite technology maturing, hyperspectral remote sensing has shifted from airborne platforms to satellites, broadening applications in geology, agriculture, forestry, and environmental monitoring. Most spectral imaging systems now rely on traditional optical components for spectral separation. Combining computational optics with hyperspectral remote sensing is conducive to integrating more compact and convenient imaging systems. This paper initiates by introducing the principal types and principles of hyperspectral imaging instruments. It subsequently offers an overview of conventional space-borne hyperspectral remote sensing payloads spanning the last three decades. It analyses the present status of typical hyperspectral payloads on both domestic and international fronts, undertaking a comparative evaluation of their performance metrics. Finally, the paper concludes by encapsulating the associated trends in development. Furthermore, this paper offers insights into the future收稿日期：2023-09-25基金项目：国家自然科学基金面上项目（61971045）；国家优秀青年科学基金项目（62322502）引用格式：刘思田, 卢慧, 王栋, 等. 星载高光谱成像系统发展综述[J]. 航天返回与遥感, 2023, 44(6): 12-26.LIU Sitian, LU Hui, WANG Dong, et al. Development Analysis of Spaceborne Hyperspectral Imaging System[J].Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2023, 44(6): 12-26. (in Chinese)第6期刘思田等: 星载高光谱成像系统发展综述 13trends of hyperspectral remote sensing payloads, providing valuable references for advancing research and applications of hyperspectral remote sensing payloads in China.Keywords hyperspectral imager; remote sensing payload; space-borne spectral imager; development trend0 引言高光谱遥感是一种基于成像光谱理论的遥感方法，旨在同时捕获地物的光谱信息和空间位置关系，以实现对地球表面的精确观测和深入分析。

title高光谱遥感(成都理工大学) 中国大学mooc答案100分最新版content第1章概论第1章测验1、高光谱遥感是指：答案: 高光谱分辨率遥感2、下面哪项不是高光谱遥感的特点：答案: 通道不连续3、与传统多光谱遥感相比，高光谱遥感：答案: 每个像元是一条连续的光谱曲线4、植被光谱曲线的红边是指：答案: 可见光到近红外的反射率快速升高5、下列波段对地物有明显穿透作用的波段是：答案: 微波6、大气散射分为瑞利散射、米氏散射、无选择散射。

答案: 正确7、维恩位移定律表明黑体最大辐射出射度对应波长与黑体的温度成正比。

答案: 错误8、漫反射又称朗伯反射。

答案: 正确9、高光谱成像光谱仪常用的工作模式有摆扫型和推扫型。

答案: 正确10、我国的高光谱卫星有高分三号、珠海一号、资源一号等。

答案: 错误11、大气窗口是指_____较高的波段。

答案: 透射率12、水体对近红外波段的主要作用为______。

答案: 吸收13、黑体辐射定律揭示了____和辐射情况的规律答案: 温度14、维恩位移定律表明物体温度越高物体辐射出射度的峰值波长越_____。

答案: 小15、在热红外波段，利用岩石和矿物的____特性可以对一些岩石和矿物进行区别。

答案: 热辐射第1章概论高光谱遥感概述1、高光谱遥感主要通过（）识别地物。

答案: 光谱2、光谱分辨率在（）λ的遥感信息称之为高光谱遥感。

答案: 1/1003、高光谱遥感的特点：答案: 波段窄;波段多;波段连续;可成像4、高光谱遥感可应用于以下哪些方面（）。

答案: 树种识别;地质填图;作物病害程度;矿物识别5、波长范围越宽，光谱分辨率越低。

答案: 正确6、多光谱遥感的光谱分辨率高达纳米(nm)数量级，往往具有波段多的特点。

答案: 错误7、高光谱遥感借助( )，能在紫外、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。

答案: 成像光谱仪8、地球上不同的物质都有自己独特的光谱特征，物质的光谱就像人的“指纹”一样。

遥感导论期末考试知识点总结第⼀章1、遥感的概念：是从远处探测感知物体，也就是不直接接触物体，从远处通过探测仪器接收来⾃⽬标地物的电磁波信息，经过对信息的处理，判别出⽬标地物的属性的综合性技术。

2、遥感系统包括：被测⽬标的信息特征、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理、信息的应⽤3、遥感的分类⽅法（1）按遥感平台分:地⾯遥感：传感器设置在地⾯平台上航空遥感：传感器设置在航空器上航天遥感：传感器设置在环地球的航空器上航宇遥感：传感器设置在星际飞船上（2）按传感器的探测波段分：紫外遥感：探测波段在0.05-0.38可见光遥感：探测波段在0.38-0.76红外遥感：探测波段在0.76-1000（近红外&远红外）微波遥感：探测波段在1mm-1m之间多波段遥感：探测波段在可见光波段和红外波段范围内，分成若⼲窄波段来探测⽬标。

（3）按⼯作⽅式分：主动遥感：不依靠太阳，由探测器主动发射⼀定电磁波能量并接受⽬标的后向散射信号被动遥感：传感器不向⽬标发射电磁波，仅被动接收⽬标物的⾃⾝发射和对⾃然辐射源的反射能量。

成像遥感：传感器接收的⽬标电磁辐射信号可转换成（数字或模拟）图像⾮成像遥感：传感器接收的⽬标电磁辐射信号不能形成图像（4）按遥感应⽤的⽬的分：环境遥感、农业遥感、林业遥感、地质遥感4、遥感的特点（若为简答）（1）遥感范围⼤，可实施⼤⾯积的同步观测遥感观测为地⾯探测提供了最佳获取信息的⽅式，并且不受地物阻隔的影响。

遥感平台的范围越⼤，视⾓越⼤，可以同步观测的地⾯信息就越多。

（2）时效性，获取信息快，更新周期短，具有动态监测的特点对于天⽓预报、⽕灾和⽔灾等灾情监测，以及军事⾏动等具有重要作⽤。

（3）数据的综合性和可⽐性，具有⼿段多、技术先进的特点能够反映许多⾃然⼈⽂信息，能较⼤程度排除⼈为⼲扰。

（4）经济性。

经济效益⾼，⽤途⼗分⼴泛（5）局限性：遥感技术所利⽤的电磁波还很有限，仅是其中的⼏个波段范围，已被利⽤的遥感波谱段，对许多地物某些特征不能准确反映。

高光谱遥感图像处理与分析方法研究高光谱遥感图像处理与分析是一门关于获取、处理和分析高光谱遥感图像数据的研究领域。

高光谱遥感技术以其独特的优势，逐渐成为遥感领域的热点之一。

本文将探讨高光谱遥感图像处理与分析的相关方法和应用。

1. 高光谱遥感图像处理方法1.1 高光谱图像的预处理高光谱图像的预处理是数据分析的关键步骤之一。

预处理的目的是消除图像中的噪声、提高图像的质量和增强潜在的信息。

常用的高光谱图像预处理方法包括辐射校正、大气校正、几何校正等。

辐射校正可以校正图像中的辐射效应，消除不同时间、天气条件下的影响。

大气校正是为了消除大气介质对图像的遮挡和光束散射的影响。

几何校正则是为了消除由于传感器的几何影响导致的图像畸变等。

1.2 高光谱图像的特征提取高光谱图像中包含了丰富的光谱信息，因此特征提取是图像处理中的重要步骤。

常用的特征提取方法包括主成分分析（PCA）、线性判别分析（LDA）、t-SNE等。

主成分分析可以将高维的光谱数据降维到低维，减少冗余信息的同时保留关键的主要特征。

线性判别分析则是一种经典的分类方法，通过最大化不同类别间的可分性来提取有效的特征子空间。

t-SNE是一种非线性的降维方法，可以在保持样本间的局部关系的同时将高维数据映射到低维空间。

1.3 高光谱图像的分割与分类高光谱图像的分割与分类是高光谱遥感图像处理与分析的关键任务。

分割可以将图像分成不同的区域，以便进行进一步的分析和处理。

常用的分割方法包括基于光谱信息的阈值分割、基于区域的聚类分割、基于边缘的分割等。

分类则是将分割后的图像像素分类到不同的类别中，常用的分类方法包括最小距离分类法、支持向量机、随机森林等。

2. 高光谱遥感图像处理与分析的应用2.1 农业领域高光谱遥感图像可以提供农作物的光谱特性，通过对光谱特性的分析，可以实现作物类型分类和监测。

此外，高光谱遥感还可以检测作物的营养状况、水分利用效率等方面的信息，为农业管理和决策提供科学依据。

硕士学位论文高光谱遥感场景成像模型研究IMAGING SCENE MODEL FOR HYPERSPECTRAL REMOTE SENSING陈东来哈尔滨工业大学2009年6月国内图书分类号： TP701 学校代码：10213 国际图书分类号： 621.396 密级：公开工学硕士学位论文高光谱遥感场景成像模型研究硕士研究生：陈东来导师：邹斌教授申请学位：工学硕士学科：信息与通信工程所在单位：电子与信息工程学院答辩日期：2009年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index: TP701U.D.C: 621.396Dissertation for the Master Degree in Engineering IMAGING SCENE MODEL FOR HYPERSPECTRAL REMOTE SENSINGCandidate：Chen DonglaiSupervisor：Prof. Zou BinAcademic Degree Applied for：Master of EngineeringSpeciality：Information and CommunicationEngineeringAffiliation：School of Electronics and InformationEngineeringDate of Defence：Jun, 2009Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要高光谱遥感系统可以同时获取地物的空间和光谱信息，正是由于这些优势使得高光谱遥感在植被研究、地质调查、大气环境遥感、海洋遥感、城市遥感以及军事侦查方面等很多领域应用越来越广泛。

建立高光谱遥感系统的仿真模型，可以为研究者提供一个更好的了解高光谱遥感系统成像过程的方法，帮助研究者找到影响成像结果的关键性因素以设计更好的高光谱传感器；可以为高光谱遥感数据后处理算法的开发人员提供大量经济、有效的实验数据，降低成本，推进高光谱遥感数据后处理算法的研究；可以为高光谱传感器的选用者提供一个虚拟平台，帮助选用者找到满足其使用需求的传感器设计参数。