热红外成像光谱仪_上_

一、单选题（共 20道试题，共 40 分。

）V1. 下列关于高光谱遥感表述错误的是（ ）A.高光谱遥感是高光谱分辨率遥感的简称B. 它是在电磁波谱的紫外线、近红外、中红外和热红外波段范围内，获取许多非常窄的光谱连续的影像数据的技术C. 其成像光谱仪可以收集到上百个非常窄的光谱段信息D. 它使具有特殊光谱特征的地物探测称为可能 满分：2 分2. 遥感器能接收到的水体辐射包括水面反射光、（ ）、水底反射光和天空散射光。

A. 水面散射光B. 悬浮物反射光C. 悬浮物散射光D. 水底散射光 满分：2 分3. 为了突出图像的边缘、线状目标或某些亮度变化率大的部分，可采用锐化方法。

常用的锐化方法有（ ）A. 罗伯特梯度B. 罗伯特梯度、索伯尔梯度C. 罗伯特梯度、索伯尔梯度、拉普拉斯算法D. 罗伯特梯度、拉普拉斯算法满分：2 分4. 遥感图像计算机分类的依据是遥感图像（）A. 像元的数量B. 像素的大小C. 像元的维数D. 像素的相似度满分：2 分5. 下列关于微波影像和航空摄影像片的表述错误的是（）A. 微波影像为非中心投影，航空像片是中心投影B. 微波影像的分辨率由脉冲的延迟时间和波束宽度来控制，航空像片的分辨率随着高度和距离增加而变低C. 微波影像比例尺在纵向上产生畸变，航空像片的比例尺随飞机高度和距离变化D. 微波影像的地形起伏位移总是向着飞行航迹线，航空像片的总是偏离中心投影点满分：2 分6. 对地物边界跟踪，是获取地物形态特征的前提。

针对不同地物分布特点，地物边界跟踪方法不同。

以下适用于线状物体的跟踪方法是（）A. 以图像像元作为跟踪的落脚点，跟踪点的连线作为地物的界线B. 边界跟踪路径从两个相邻地物边界的像元中间穿过C. 边界由一个或多个弧段构成，弧段是具有方向性的线段，线段由有限个有序的边界点构成D. 用一个像素或几个相邻像素表示地物满分：2 分7. 多波段图像的彩色合成原理是（）A. 取同一景影像三个波段的图像分别用红绿蓝三原色显示，利用减色法合成彩色图像B. 取同一景影像三个波段的图像分别用红绿蓝三原色显示，利用加色法合成彩色图像C. 按值域分段设置颜色来显示灰度图像，使灰度图像显示成彩色D. 三原色按比例混合显示图像满分：2 分8. 下列对健康植物的反射光谱特征描述不正确的是（）A. 在可见光的0.55μm附近有一个反射率为10%~20%的小反射峰B. 在0.45μm和0.65μm附近有两个明显的吸收谷C. 在0.7~0.8μm是一个陡坡，反射率急剧增高，形成一个最大的反射峰D. 在1.45μm、1.95μm和2.6~2.7μm处有三个吸收谷满分：2 分9. 通过纠正辐射亮度的办法实现对大气影响的纠正称为（）A. 几何校正B. 辐射校正C. 图像校正D. 亮度校正满分：2 分10. 针对目标动态变化研究，3S技术的作用是（）A. RS提供信息源，GPS用于定位，GIS用于存储、分析、输出信息B. RS用于发现变化并提供变化情况信息，GPS用于定位，GIS用于存储基本信息、分析状况和原因、输出分析结果C. RS提供信息源，GIS用于定位，GPS用于存储、分析、输出信息D. RS用于发现变化并提供变化情况信息，GIS用于定位，GPS用于存储基本信息、分析状况和原因、输出分析结果满分：2 分11. 通过改变像元大小，进而改变图像特征的处理方法是（）A. 图像重采样B. 图像重叠C. 图像运算D. 图像转换满分：2 分12. 遥感研究对象的地学属性不包括（）A. 地物的空间分布规律B. 地物的性质C. 地物的光谱特征D. 地物的时相变化满分：2 分13. 下列哪个不是物体的反射状况（）A. 镜面反射B. 漫反射C. 全反射D. 实际物体反射满分：2 分14. 遥感数字图像以（）数组表示A. 一维B. 二维C. 三维D. 多维满分：2 分15. 高光谱遥感是指探测波段在可见光和红外波段细分成（）狭窄的连续光谱段。

以下为成像光谱仪主要特点，一起来看看：1、优异的成像性能：采用超环面反射镜纠正散光；通过非对称式光路设计和的光栅在轴扫描设计减少慧差和其他相差；聚焦镜比准直镜更大，使得整个平场范围无暗角（在焦平面边缘无光通量损失）。

2、消除二次衍射光：经计算机模拟优化的非对称式光路设计，能精确优化定位光学元器件的位置，从而达到消除二次衍射光的目的。

3、光栅的在轴扫描技术：能够使信号光一直保持在光栅正中心的表面，zui大提高光栅的分光效率与准确性，保证高光通量与光谱稳定性。

4、灵活 & 易于使用：光谱仪出入口的可选择性，各种类型的光栅，全系列的附件及相关软件，使得客户能够定制化iHR光谱仪去实现任何一个实验需求。

5、稳定性：为光谱测量提供了一个长期稳定的平台。

采用高质量的材料和一体化铸造的结构。

驱动部分经过检测和复检以确保该系统符合我们的重复性和精度要求。

6、与CCD探测器*结合：凭借光谱仪的品质，结合CCD探测器的制造技术，优化了CCD 和光谱仪的设计。

拥有全系列的大型小型CCD芯片可以与光谱仪匹配。

探测器拥有开放电、背照射、深耗尽及正入射等探测器，均带有TE制冷或液氮制冷功能。

扩展资料：成像光谱仪应用：高光谱分辨率成像光谱遥感起源于地质矿物识别填图研究，逐渐扩展为植被生态、海洋海岸水色、冰雪、土壤以及大气的研究中。

成像光谱仪在高光谱测量的基础上，具有图谱合一的优势，可以精确到叶片一个点去探测作物不同胁迫症状的特征，又可获取受胁迫作物面状的光谱信息，点面结合综合地反映作物遭受胁迫的程度。

所以，成像高光谱已经成为国内外研究的热点，学者们利用高光谱成像技术定量化地提取作物所遭受的各种胁迫特征，根据高分辨率的图像对叶片及叶片的局部区域进行分析，从而在更加微观的尺度上进行机理探测研究。

正是因为成像光谱仪可以得到波段宽度很窄的多波段图像数据，所以它多用于地物的光谱分析与识别上。

特别是，由于成像光谱仪的工作波段为可见光、近红外、短波红外，因此对于特殊的矿产探测及海色调查是非常有效的，尤其是矿化蚀变岩在短波段具有诊断性和光谱特性。

实验室常用光谱仪及其它们各自的原理光谱仪，又称分光仪。

以光电倍增管等光探测器在不同波长位置，测量谱线强度的装置。

其构造由一个入射狭缝，一个色散系统，一个成像系统和一个或多个出射狭缝组成。

以色散元件将辐射源的电磁辐射分离出所需要的波长或波长区域，并在选定的波长上(或扫描某一波段)进行强度测定。

分为单色仪和多色仪两种。

下面就介绍几种实验室常用的光谱仪的工作原理，它们分别是：荧光直读光谱仪、红外光谱仪、直读光谱仪、成像光谱仪。

荧光直读光谱仪的原理：当能量高于原子内层电子结合能的高能X射线与原子发生碰撞时,驱逐一个内层电子而出现一个空穴,使整个原子体系处于不稳定的激发态,激发态原子寿命约为(10)-12-(10)-14s,然后自发地由能量高的状态跃迁到能量低的状态.这个过程称为发射过程.发射过程既可以是非辐射跃迁,也可以是辐射跃迁.当较外层的电子跃迁到空穴时,所释放的能量随即在原子内部被吸收而逐出较外层的另一个次级光电子,此称为俄歇效应,亦称次级光电效应或无辐射效应,所逐出的次级光电子称为俄歇电子.它的能量是特征的,与入射辐射的能量无关.当较外层的电子跃入内层空穴所释放的能量不在原子内被吸收,而是以辐射形式放出,便产生X 射线荧光,其能量等于两能级之间的能量差.因此,X射线荧光的能量或波长是特征性的,与元素有一一对应的关系.K层电子被逐出后,其空穴可以被外层中任一电子所填充,ad4yjmk从而可产生一系列的谱线,称为K系谱线:由L层跃迁到K层辐射的X射线叫Kα射线,由M层跃迁到K层辐射的X射线叫Kβ射线同样,L层电子被逐出可以产生L系辐射.如果入射的X 射线使某元素的K层电子激发成光电子后L层电子跃迁到K层,此时就有能量ΔE释放出来,且ΔE=EK-EL,这个能量是以X射线形式释放,产生的就是Kα 射线,同样还可以产生Kβ射线,L系射线等.莫斯莱(H.G.Moseley) 发现,荧光X射线的波长λ与元素的原子序数Z有关,其数学关系如下:λ=K(Z-s)-2 这就是莫斯莱定律,式中K和S是常数,因此,只要测出荧光X射线的波长,就可以知道元素的种类,这就是荧光X射线定性分析的基础.此外,荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的关系,据此,可以进行元素定量分析.红外光谱仪的原理：红外光谱与分子的结构密切相关，是研究表征分子结构的一种有效手段，与其它方法相比较，红外光谱由于对样品没有任何限制，它是公认的一种重要分析工具。

光电子学中的光谱仪和成像技术光电子学是一门研究光的电磁波特性及其与物质相互作用的学科，近年来受到了广泛关注和发展。

光谱仪和成像技术是光电子学中的两个重要分支，它们可以帮助我们深入了解光的本质和光与物质的相互作用，为我们研究和应用光电子技术提供了重要的手段。

一、光谱仪光谱仪是一种用来分析光波谱的仪器，可以将光分解成其不同波长的成分进行研究和测量。

光谱仪广泛应用于光学、物理、化学、生物学等领域，在这些领域中，我们可以通过光谱仪来进行各种性质的分析和测试，例如物质的成分、结构、光学性质等等。

光谱仪的基本工作原理是将光线通过一个小孔或透镜聚集到光栅或小孔板上，然后通过一个检测器将不同波长的光线分离出来。

光谱仪可以分为吸收光谱仪和发射光谱仪两种类型。

在吸收光谱仪中，光通过被测物质时，会被物质吸收，形成一个独特的光谱，我们可以通过这个光谱来分析物质的成分和浓度。

而在发射光谱仪中，物质被激发后会发射出一种特定的光谱，我们可以通过检测这个光谱来分析物质的性质和特点。

二、成像技术成像技术是将物体的信息通过光学传感器捕捉并转换成数字信号，然后通过计算机图像处理的方式，呈现出一幅清晰的图像或视频。

成像技术广泛应用于医学、军事、工业、卫星导航等领域，在这些领域中，我们可以通过成像技术来实时监测和观察物体的运动、形态、表面特征等等。

现代成像技术包括了很多种类，例如光电器件成像、红外成像、热像仪等。

其中最常见的是光电器件成像技术，它是利用光电转换原理将光信号转换为电信号，然后再通过信号处理技术来实现图像的呈现。

现代的光电器件成像技术包括了CCD（Charge-coupled_device）、CMOS（Complementary_Metal_Oxide_Semiconductor）等技术，具有高灵敏度、低噪声、高分辨率等优点。

三、光谱仪和成像技术在现代社会中的应用光谱仪和成像技术在现代社会中的应用非常广泛，下面我们就来看一下它们在各个领域中的应用。

遥感导论习题部分答案第⼀章:1、遥感的基本概念就是什么？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。

2、遥感探测系统包括哪⼏个部分？被侧⽬标的信息特征、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理与信息的应⽤、3、作为对地观测系统,遥感与常规⼿段相⽐有什么特点？答:①⼤⾯积同步观测;②时效性;③数据的综合性与可⽐性;④经济性;⑤局限性4、遥感技术研究(应⽤领域)内容及发展前景？答:遥感技术应⽤领域:（⼀）技术遥感在测绘中的应⽤;（⼆）遥感技术在军事上应⽤;（三）遥感技术在农林牧⽅⾯的应⽤;（四）遥感技术在⽔体信息提取中的应⽤;（五）遥感技术在灾害监测⽅⾯的应⽤。

影响遥感技术发展中主要存在的问题:(1)遥感的时效性:实时检测与处理能⼒不⾜;(2)遥感的定量反演:精度不能达到实⽤要求。

产⽣以上问题的原因主要有:(1)遥感技术本⾝的局限性;(2)⼈们认识上局限性。

发展前景:遥感技术正在进⼊⼀个能偶快速准确的提供多种对地观测海量数及应⽤研究的新阶段,在近⼀⼆⼗年内的倒了飞速发展,⽬前⼜将达到⼀个新的啊⾼潮！主要发展有以下⼏个⽅⾯:【1】遥感影像的空间分辨率与时间分辨率愈来愈⾼(例如,民⽤遥感影像饿空间分辨率达到⽶级,光谱分辨率达到纳⽶级,波段数已增加到数⼗个数百个;军⽤侦察卫星空间分辨率达到厘⽶级,如美若的KH-11空间分辨率为0、11m;【2】可获取遥感⽴体影像;【3】微波遥感迅速发展,未来诸多领域倾向于合成孔径雷达、成像光谱仪的⼴泛应⽤;【4】⾼光谱遥感迅速发展;【5】遥感的综合应⽤不断深化,表现为从单⼀信息源分析向包含⾮遥感数据的多源信息的复合分析的⽅向发展;从定向判读向信息系统应⽤模型及专家系统⽀持下的定量分析;从静态研究向多时相的动态研究发展;【6】商业遥感时代的到来;【7】建⽴⾼速、⾼精度与⼤容量的遥感数据处理系统,3S⼀体化。

考研遥感专业课真题与课后题答案解析第一套真题答案遥感：是20世纪60年代发展起来的对地观测的综合性探测技术，有广义理解和狭义理解； 广义理解：泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波等探测；狭义理解：利用探测仪器，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，揭示目标物的特征性质和动态变化的综合性探测技术。

遥感平台：搭载传感器的工具，按高度分类，可以分为地面平台、航空平台和航天平台。

大气窗口：指电磁波通过大气层时较少被反射、散射和吸收的，透过率较高的波段。

反射波谱：指地物反射率随波长的变化规律，通常用平面坐标曲线表示，横坐标表示波长，纵坐标表示反射率，同一物体的波谱曲线反映出不同波段的不同反射率，将此与遥感传感器的对应波段接收的辐射数据相对照，可以得到遥感数据与对应地物的识别规律。

太阳同步轨道：卫星轨道面与太阳和地球连线之间在黄道面内的夹角，不随地球绕太阳公转而改变，该轨道叫~BIL 格式：逐行按波段次序排列的格式。

波谱分辨率：指卫星传感器获取目标物的辐射波谱信号时，能分辨的最小波长间隔，间隔越小，分辨率越高。

米氏散射：当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射，这种散射主要由大气中的微粒引起，例如气溶胶、小水滴。

散射强度与波长的二次方成反比，并且向前散射强度大于向后散射强度，具有明显的方向性。

合成孔径雷达：指利用遥感平台的前进运动，将一个小孔径的天线安装在平台的侧方，以代替大孔径的天线，提高方位分辨力的雷达。

SAR 的方位分辨力与距离无关，只与天线的孔径有关。

天线孔径愈小，方位分辨力愈高。

图像锐化：又叫图像增强，是增强图像中的高频成分，突出图像的边缘信息，提高图像细节的反差，图像锐化处理有空间域与频率域处理两种。

1、黑体辐射的特性。

（1）与曲线下面积成正比的总辐射出射度是随温度的增加而迅速增加，满足斯忒潘-波尔兹曼定律，即黑体总的辐射出射度与温度四次方成正比4T M σ=,作用：对于一般物体来讲，传感器探测到的辐射能后就可以用此公式大致推算出物体的总辐射能量或绝对温度。

论述了成像光谱仪的基本原理以及在农业、林业、工业及科研、环境保护等方面的应用，对我国光谱仪的研究发展概况作了简单介绍。

1 系统工作原理与结构高光谱成像仪将成像技术和光谱技术结合在一起，在探测物体空间特征的同时并对每个空间像元色散形成几十个到上百个波段带宽为10nm左右的连续光谱覆盖。

根据成像光谱仪的扫描方式，其工作原理也不尽相同，作为光学成像仪成像的一个例子，这里简述一下焦平面探测器推扫成像原理。

1.1 系统工作原理焦平面探测器推扫成像原理见图1。

地面物体的反射光通过物镜成像在狭缝平面，狭缝作为光栏使穿轨方向地面物体条带的像通过，挡掉其他部分光。

地面目标物的辐射能通过指向镜，由物收镜收集并通过狭缝增强准直照射到色散元件上，经色散元件在垂直条带方向按光谱色散，用会聚镜会聚成像在传感器使用的二维CCD面阵列探测元件被分布在光谱仪的焦平面上。

焦平面的水平方向平行于狭缝，称空间维，每一行水平光敏元上是地物条带一个光谱波段的像；焦平面的垂直方向是色散方向，称光谱维，每一列光敏元上是地物条带一个空间采样视场(像元)光谱色散的像。

这样，面阵探测器每帧图像数据就是一个穿轨方向地物条带的光谱数据，加上航天器的运动，以一定速率连续记录光谱图像，就得到地面二维图像及图形中各像元的光谱数据，即图像立方体。

图1.光谱成像仪数据获取系统的结构1.2 光谱成像仪数据获取系统构成光谱成像仪由光学系统、信号前端处理盒、数据采集记录系统三部分组成。

数据的回放及预处理通过专用软件在高性能的微机上完成。

软件具有如下功能：数据备份；快速回放；数据规整和格式转换；图像分割截取；标准格式的图像数据生成等。

2 成像光谱仪的应用成像光谱仪的应用范围遍及化学、物理学、生物学、医学等多个领域，对于纯定性到高度定量的化学分析和测定分子结构都有很大应用价值。

如在生物化学研究中，可以利用喇曼光谱鉴别一些物质的种类，还可以测定分子的振动转动频率，定量地了解分子间作用力和分子内作用力的情况，并推断分子的对称性，几何形状、分子中原子的排列，计算热力学函数、研究振动一转动拉曼光谱和转动拉曼光谱，可以获得有关分子常数的数据。

简介电磁光谱的红外部分根据其同可见光谱的关系，可分为近红外光、中红外光和远红外光。

远红外光（大约400-10cm-1）同微波毗邻，能量低，可以用于旋转光谱学。

中红外光（大约4000-400cm-1）可以用来研究基础震动和相关的旋转-震动结构。

更高能量的近红外光（14000-4000cm-1）可以激发泛音和谐波震动。

红外光谱法的工作原理是由于震动能级不同，化学键具有不同的频率。

共振频率或者振动频率取决于分子等势面的形状、原子质量、和最终的相关振动耦合。

为使分子的振动模式在红外活跃，必须存在永久双极子的改变。

具体的，在波恩-奥本海默和谐振子近似中，例如，当对应于电子基态的分子哈密顿量能被分子几何结构的平衡态附近的谐振子近似时，分子电子能量基态的势面决定的固有振荡模，决定了共振频率。

然而，共振频率经过一次近似后同键的强度和键两头的原子质量联系起来。

这样，振动频率可以和特定的键型联系起来。

简单的双原子分子只有一种键，那就是伸缩。

更复杂的分子可能会有许多键，并且振动可能会共轭出现，导致某种特征频率的红外吸收可以和化学组联系起来。

常在有机化合物中发现的CH2组，可以以“对称和非对称伸缩”、“剪刀式摆动”、“左右摇摆”、“上下摇摆”和“扭摆”六种方式振动。

原理傅立叶变换红外光谱仪被称为第三代红外光谱仪，利用麦克尔逊干涉仪将两束光程差按一定速度变化的复色红外光相互干涉，形成干涉光，再与样品作用。

探测器将得到的干涉信号送入红外光谱仪原理图到计算机进行傅立叶变化的数学处理，把干涉图还原成光谱图。

分类一般分为两类，一种是光栅扫描的，很少使用；另一种是迈克尔逊干涉仪扫描的，称为傅立叶变换红外光谱，这是最广泛使用的。

光栅扫描的是利用分光镜将检测光(红外光)分成两束，一束作为参考光，一束作为探测光照射样品，再利用光栅和单色仪将红外光的波长分开，扫描并检测逐个波长的强度，最后整合成一张谱图。

傅立叶变换红外光谱是利用迈克尔逊干涉仪将检测光(红外光)分成两束，在动镜和定镜上反射回分束器上，这两束光是宽带的相干光，会发生干涉。