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HyMap成像光谱仪系统及其应用1.HyMap成像光谱仪系统简介HyMap机载成像光谱仪是由澳大利亚集成光电公司(ISPL)研制生产的,投入商业性运营的机载成像光谱仪。
经过近5年的发展，它已成为技术较为完善、系统较为配套的新一代使用型航空高光谱成像仪的代表。
HyMap于1997年开始应用于商业勘探领域，尤其在地质勘探领域特别是矿物填图方面得到了广泛应用。
为了推进成像光谱技术在我国地质找矿中的应用，中国地质调查局于2002年通过租用澳大利亚机载成像光谱仪的方式,开展了新疆东天山地区航空成像光谱飞行、数据获取、数据处理,以及应用研究工作,为澳大利亚机载成像光谱仪引进和成像光谱技术推广应用奠定了基础。
并于2012年通过天津中科遥感信息技术有限公司，与澳大利亚集成光电公司(ISPL)签订了HyMap的购买合同。
图1 HyMap成像光谱仪及其获取的影像2.HyMap成像光谱仪系统的主要组成HyMap成像光谱仪系统主要有硬件和软件系统组成，其中硬件系统包括：HyMap-C主机，由4个探测器组织,每个探测器有32个通道；以及备用探测器 集成稳定平台（GSM3000）POS（IMU/DGPS）系统主机和稳定平台之间的PAV30的适配环定标设备电子部件和备用电子设备控制部件、数据传输与存储等部件、存储介质（SSD硬盘）软件系统包括：飞行管理系统数据预处理及几何校正软件无缝拼接软件大气校正，光谱重建和矿物提取软件3.HyMap成像光谱仪的成像模式HyMap的分光器件为色散型成像光谱仪，其扫描方式为光机旋转式。
光栅色散型成像光谱仪其原理为：入射狭缝位于准直系统的前焦面上，入射的辐射经准直光学系统准直后，经棱镜和光栅狭缝色散后由成像光谱系统将光能按波长顺序成像在探测器的不同位置上。
具有一个成45°斜面的扫描镜，在电机的带动下进行360°旋转，其旋转水平轴与遥感平台前进方向平行。
线阵列探测器用于探测任一瞬时视场内目标点的光谱分布。
高光谱成像技术原理与应用高光谱成像技术是一种通过采集物体在一定的波长范围内的光谱信息，并将其映射到空间位置上的远程成像方法。
它可以提供更多的光谱细节，使人们能够更全面地了解被观测物体的特性和变化。
以下将详细介绍高光谱成像技术的原理和应用。
1.光学系统：光学系统用于采集物体反射或辐射出来的光，并将其传递到光谱分析系统。
光学系统通常包括光学镜头和滤光片。
光学镜头用于收集和聚焦光线，滤光片能够选择性地通过一些波长的光线，而阻挡其他波长的光线。
2.光谱分析系统：光谱分析系统用于将采集到的光线分解为不同波长的光谱，并使用传感器记录每个波长的光强。
常用的光谱分析系统包括光栅、干涉仪、滤光光谱仪等。
3.数据处理系统：数据处理系统用于处理和分析采集到的光谱数据。
在处理过程中，常见的方法有去噪、波形拟合、光谱匹配等。
数据处理系统可以提取物体的光谱特征，并将其映射到空间位置上，形成高光谱图像。
1.农业：高光谱成像技术可以用于农作物的病虫害监测和施肥管理。
通过对不同波长光谱的分析，可以区分出不同的农作物病虫害，及时采取控制措施。
同时，高光谱成像技术还可以检测作物的营养需求，提供更精确的施肥指南。
2.环境监测：高光谱成像技术可以用于水体污染和土壤质量监测。
通过分析水体和土壤反射光谱，可以评估其污染程度和质量状况。
这种非接触式的监测方法可以更快速和准确地获取环境信息。
3.医学：高光谱成像技术在医学诊断和治疗中有重要应用。
例如，在癌症的早期检测中，高光谱成像技术可以通过观察组织的光谱特征，识别出潜在的癌变，对病人进行早期治疗。
4.遥感：高光谱成像技术在遥感领域也有广泛的应用。
它可以获取地表的光谱信息，用于土地分类、植被覆盖和水资源管理等方面。
通过高光谱成像技术，可以更准确地获取地表信息，并对环境变化进行监测。
综上所述，高光谱成像技术通过采集物体的光谱信息，并将其映射到空间位置上，可以提供更全面和准确的物体特征和变化信息。
它在农业、环境监测、医学和遥感等领域都有重要的应用，对于提高生产效率、保护环境和改善人类生活质量具有重要意义。
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[ ]。
成像光谱仪简介及其应用概述成像光谱仪：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。
它以高光谱分辨率获取景物或目标的高光谱图像。
在陆地、大气、海洋等领域的研究观测中有广泛的应用。
成像光谱仪–概述成像光谱仪是20世纪80年代开始在多光谱遥感成像技术的基础上发展起来的，它以高光谱分辨率获取景物或目标的高光谱图像，在航空、航天器上进行陆地、大气、海洋等观测中有广泛的应用，高成像光谱仪可以应用在地物精确分类、地物识别、地物特征信息的提取。
建立目标的高光谱遥感信息处理和定量化分析模型后，可提高高光谱数据处理的自动化和智能化水平.。
由于成像光谱仪高光谱分辨率的巨大优势，在空间对地观测的同时获取众多连续波段的地物光谱图像，达到从空间直接识别地球表面物质的目的，成为遥感领域的一大热点，正在成为当代空间对地观测的主要技术手段。
地面上采用成像光谱仪也取得了很大的成果，如科学研究、工农林业环境保护等方面。
成像光谱仪主要性能参数是：（1）噪声等效反射率差（NE∆p），体现为信噪比（SNR）；（2）瞬时视场角（IFOV），体现为地面分辨率；（3）光谱分辨率，直观地表现为波段多少和波段谱宽。
高光谱分辨率遥感信息分析处理，集中于光谱维上进行图象信息的展开和定量分析，其图象处理模式的关键技术有：⑴超多维光谱图象信息的显示，如图像立方体（见图一）的生成；⑵光谱重建，即成像光谱数据的定标、定量化和大气纠正模型与算法，依此实现成像光谱信息的图象-光谱转换；⑶光谱编码，尤其指光谱吸收位置、深度、对称性等光谱特征参数的算法；⑷基于光谱数据库的地物光谱匹配识别算法；⑸混合光谱分解模型；⑹基于光谱模型的地表生物物理化学过程与参数的识别和反演算法。
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。
高光谱显微成像系统及其在皮肤癌诊断中的应用高光谱显微成像系统及其在皮肤癌诊断中的应用近年来，随着科技的发展和医学的进步，高光谱显微成像系统在皮肤癌诊断中逐渐展现出巨大的潜力。
传统的皮肤癌诊断方法主要依靠医生的经验和肉眼观察，但该方法不仅费时费力，而且容易出现漏诊和误诊的情况。
而高光谱显微成像系统的出现为皮肤癌的早期诊断提供了新的途径。
所谓高光谱显微成像系统，是一种通过采集、处理和分析皮肤表面的多光谱图像数据来识别和诊断皮肤病变的设备。
该系统利用多个波长的光源照射皮肤表面，采集反射光谱信息，并在计算机中进行处理和分析，最终生成高分辨率的多光谱图像。
这些图像可以提供关于病变内部组织结构和生理功能的详细信息，使医生可以更准确地判断皮肤病变的良性与恶性。
高光谱显微成像系统的应用可以大大改善皮肤癌的诊断效果。
一方面，它可以实时获取多光谱图像，不仅能够显示表面肉眼无法观察到的微小皮损，还能够观察到皮肤在不同波长下的光吸收和散射特性，从而发现肿瘤的异常生长组织。
另一方面，高光谱显微成像系统可以通过对图像数据进行进一步处理和分析，提取出不同颜色的组织信息，如血管分布、色素沉着和细胞分布等，从而帮助医生准确判断皮肤病变的类型和病变程度。
在皮肤癌诊断中，高光谱显微成像系统的应用已经取得了一定的成功。
研究表明，通过该系统可以有效地检测到早期皮肤癌病变，并与传统的组织病理学结果相吻合。
与传统方法相比，高光谱显微成像系统可以提供更高的准确性和敏感性，有助于提高皮肤癌的早期诊断率，减少漏诊和误诊的风险。
除了早期诊断，高光谱显微成像系统还可以在皮肤癌治疗过程中发挥重要作用。
通过监测皮肤癌治疗后的变化，可以及时评估治疗效果并调整治疗方案，提高治疗成功率。
同时，该系统还可以帮助医生监测术后伤口的愈合情况和判断术后复发的可能性，为医生提供更全面的临床信息。
然而，高光谱显微成像系统在皮肤癌诊断中仍然面临一些挑战。
首先，该系统的成本相对较高，使得它在许多医疗机构中仍然无法广泛普及。
高光谱成像技术的研究与应用第一章绪论高光谱成像技术是一种光谱学和遥感技术相结合的跨学科技术，它将高分辨率图像采集和光谱分析技术相结合，通过获取材料或目标物的高分辨率、高精度和高光谱信息来分析和识别不同物质。
高光谱成像技术的研究和应用领域非常广泛，包括环境监测、农业、食品安全、医学诊断、资源探测等。
本文将重点讨论高光谱成像技术的研究和应用。
第二章高光谱成像技术的基本原理和特点高光谱成像技术的基本原理与传统光谱学相似，但它有着更高的空间分辨率特点。
通过光学方法获取物体所反射的光谱信息，然后对光谱信息进行处理和分析，来识别出不同材料。
不同于人眼感知的三种基本光谱，高光谱成像技术能获取更细致、更全面的光谱信息，可以对物质进行更精细的区分和建模，因此被广泛应用于物质定量和区域分类等方面。
第三章高光谱成像技术的应用领域3.1 环境监测领域高光谱成像技术在环境监测领域起到了重要的作用。
例如，通过高光谱成像技术可以快速准确地判别海洋中的浮游植物，监测陆地表面的叶绿素含量及其变化，了解空气污染源的类型和数量等，从而进行环境问题的精细化监管和管理。
3.2 农业领域高光谱成像技术在农业领域也有广泛的应用。
例如，可以利用高光谱成像技术对农作物的种类、生长状态、病害、虫害等进行快速有效的诊断和监测，为农作物的生长条件进行优化，从而提高农业的生产效益和品质。
3.3 食品安全领域高光谱成像技术还可以用于食品安全领域，例如检测食品中的毒素、有害物质等。
通过对食品进行高光谱成像检测，可以快速准确地检测到有害成分的存在，并能对其种类和含量进行定量分析，从而加强食品安全的监管和保障。
3.4 医学领域高光谱成像技术在医学领域也有应用，例如利用高光谱成像技术可以对肿瘤等疾病进行早期快速检测，从而提高医学的诊断效率和效果。
3.5 资源探测领域高光谱成像技术在资源探测领域也有广泛的应用，例如可以通过高光谱成像技术快速准确地检测和监测矿物质的种类和含量，从而为资源勘探、开采、利用提供准确有效的科学依据。
高光谱成像技术在公安业务中的应用随着科技的飞速发展，高光谱成像技术以其独特的优势在多个领域得到了广泛应用。
在公安业务中，这种技术的引入更是极大地提升了工作效率与准确性。
本文将详细探讨高光谱成像技术在公安业务中的应用及其带来的深远影响。
一、高光谱成像技术概述高光谱成像技术是一种结合了光谱学与成像学的先进技术。
它能够获取目标物体在不同光谱波段下的图像信息，从而为我们提供更加丰富、精细的物质特性和空间分布信息。
这种技术具有光谱分辨率高、图谱合一等特点，使得它在识别物质成分、检测微小变化等方面具有显著优势。
二、高光谱成像技术在公安业务中的应用1. 现场勘查与物证鉴定在犯罪现场勘查中，高光谱成像技术可以帮助公安人员快速识别现场遗留物、血迹、体液等痕迹，并通过光谱特征分析确定其成分，为后续的侦查工作提供有力线索。
同时，在物证鉴定方面，高光谱成像技术可以准确地区分不同物质之间的微小差异，如毒品、爆炸物等，从而提高鉴定的准确性和可靠性。
2. 视频监控与人脸识别传统的视频监控系统往往受到光照、角度等因素的影响，导致人脸识别效果不佳。
而高光谱成像技术可以获取人脸在不同光谱下的图像信息，从而提取出更加稳定、独特的特征，提高人脸识别的准确率和鲁棒性。
这对于公安部门在追踪犯罪嫌疑人、查找失踪人口等方面具有重要意义。
3. 隐匿物品检测在公共安全领域，高光谱成像技术可以用于检测隐匿在衣物、包裹等物品中的危险品，如刀具、枪支等。
通过对目标物体在不同光谱下的图像分析，可以准确地识别出危险品的存在，及时消除安全隐患，保障人民生命财产的安全。
4. 环境监测与生态保护公安部门在维护社会治安的同时，也承担着保护生态环境的职责。
高光谱成像技术可以用于监测大气、水体等环境指标的变化，及时发现污染源并采取有效措施进行治理。
此外，在生态保护方面，高光谱成像技术还可以帮助公安部门识别非法狩猎、盗伐林木等破坏生态环境的行为，为打击犯罪提供有力支持。
高光谱成像技术的应用前景随着科学技术的飞速发展，高光谱成像技术已经成为了当今最火热的技术之一。
这项技术可以对地球、大气、海洋等物体进行全方位成像，不仅具有较高的分辨率和灵敏度，而且还可以用于研究生态环境、资源探测、城市规划等领域。
高光谱成像技术的原理是将目标物体反射或散射的光谱信息进行分析、处理，以此获得事物的本质信息。
当前，这项技术已经较为成熟，并在多个领域取得了突破性成果。
在环境领域，高光谱成像技术可以用来检测大气污染物、水体污染等问题。
例如，高光谱成像技术在美国夏威夷等地用来检测火山气体释放的情况，以便及时预测火山爆发的时间。
又比如，在我国，高光谱成像技术可以用来监测水体悬浮物、藻类浮游生物的分布范围，可以指导人们在农业、渔业等领域开展相关工作，从而提高生产效率。
在资源探测领域，高光谱成像技术也有着广泛的应用。
通过对矿物质、土壤、水、植被等反射光谱信息的分析，就可以推断所测量物体的物理性质、物质组分、含量、状态等。
高光谱成像技术可以协助检测矿区、炼化厂、煤矿、水库、水源地等资源，发现新的矿产，丰富矿产资源资源库，提升国家的财富。
在农业领域，高光谱成像技术也有着广泛的应用。
通过对植被、土壤、气候变化等因素的反射光谱信息的分析，可以推断农作物的生长状况、产量，以及对农作物病虫害的防治工作提供有力的支持。
另外，高光谱成像技术还可以用来监控灌溉用水和农药喷雾的量，提高农业的精准化管理水平。
在城市规划领域，高光谱成像技术也可以用来监控城市的土地利用状况，以及城市内人群的迁移情况。
这可以帮助管理者提前预警城市内交通、排污等环境问题，提高城市的整体规划水平。
可以看出，高光谱成像技术具有非常广泛的应用前景，可以用在环境、资源、农业、城市等各个领域。
随着技术的发展，它的应用范围将会越来越多，精度也会越来越高，为人们的生产和生活带来更多的便捷和发展机会。
光谱成像技术的应用
光谱成像技术是光谱分析技术和图像分析技术的完美结合，同时
具备光谱分辨能力和图像分辨能力，可以对被测物体进行定性、定量、定位分析，利用物体表面成分的光谱差异，可以实现对目标的精确识别和定位，在物质识别、遥感探测、医疗诊断等领域具有广泛的应用。
光谱成像技术的发展经历了多光谱、高光谱、超光谱成像三个阶段，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。
随着光谱分辨率不断提高，获取的目标光谱信息更加精细，在军事、农业、医学、资源勘探、地质调查等领域的应用越来越广泛。
在军用方面，由于成像光谱仪具有在光谱上区分地物类型的能力，因此它在地物的精细分类、目标检测和变化检测上体现出较强的优势，称为一种重要的战场侦查手段。
光谱图像可以在自然草地背景下分辨出真实目标和伪装目标，在沙漠背景下快速检测出战术小目标。
在民用方面，光谱成像起源于地质矿物资源的识别研究，尤其是
特殊的矿产探测如矿化蚀变岩的探测，逐渐扩展到植被生态学、海洋和海岸水色调查、水体检测、冰雪、土壤以及大气的研究中。
精细光谱成像已经成为国内外研究的热点，学者们利用精细光谱成像技术更加微观的尺度上定量化地在进行物质机理探测研究。
总的来说，光谱成像技术的应用广泛而深入，具有巨大的潜力。
高光谱成像技术在环境监测中的应用与研究随着人类活动的不断增多，环境污染问题已经变得更加严重，对环境质量的监测和保护也变得越来越重要。
而随着科学技术的不断进步，高光谱成像技术已经成为一项非常有前景的环境监测工具，能够实现对环境中各种物质的快速、无损检测，有望为环境保护事业作出贡献。
一、高光谱成像技术的基本原理高光谱成像技术是一种基于物质分子能级的分析技术，它通过对不同波长光谱的成像，能够获取物体表面的光谱信息，尤其是细微结构的光谱差异，从而实现了对物体材质、成分、组织结构等的分析和识别。
高光谱成像技术所使用的光谱范围通常为400到2500纳米波段，常用的探测器为二维阵列式探测器。
光谱图可以为成像区域中所有像素点提供数百条光谱数据，通过处理这些光谱图，可以对不同物质进行分析和区分。
二、高光谱成像技术在环境监测中的应用高光谱成像技术在环境监测中的应用主要体现在以下几个方面。
1. 土壤污染监测土壤污染监测是高光谱成像技术的主要应用之一。
通过对不同波段的光谱探测，可以对土壤中的重金属、有机物等进行检测和识别，并确定其分布情况。
这对于专业视野和人类健康都具有非常重要的意义。
2. 水质监测水资源是人类赖以生存的重要资源，而水质污染问题也一直是人们关注的焦点。
高光谱成像技术可以对水体中各种物质进行很好的识别和检测，并实现水体中的污染物的空间定位，为环境监测和保护提供了非常有力的手段。
3. 植被监测植被是地球生命系统的基本组成部分，对环境的均衡和人类的生命起着重要作用。
高光谱成像技术可以对植被的生长状况、类型、分布和生理状态等进行非常精确的分析，为植被监测和植物学研究提供了新的可能性。
三、高光谱成像技术在环境监测中的发展现状随着科技的不断进步，高光谱成像技术已经在环境监测中得到广泛应用。
但是，目前的高光谱成像技术还存在一些困难和挑战。
1. 数据处理难度大高光谱成像技术得到的成像数据量巨大，如若不加以处理，输出的信息无法被解读。
5.3 典型成像系统及应用
5.3.3 成像光谱系统
成像光谱系统
成像光谱技术是光谱分析技术和图像分析技术的结合，同时具备光谱分辨能力和图像分辨能力，可以对被测物体进行定性、定量、定位分析，利用物体表面成分的光谱差异，可以实现对目标的精确识别和定
位，在物质识别、遥感探测、分析诊断等方向具有广泛的应用。
1983美国研制出世界上第一台光谱成像仪AIS-1
高光谱探测器人眼波段
16km 宽反
射率波长/nm
产生
光谱
曲线
光谱信息
每个像元包括数十至数百个窄波段光谱信息高光谱成像
多光谱成像（Multispectral imaging ）高光谱成像（Hyperspectral Imaging ）超光谱成像（Ultraspectral Imaging ）几个波段
数十到数百个波段，光谱分辨率一般为1-l0nm 数千个波段，分辨率高达1nm
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（400-2500nm ）
成像光谱技术的分类
色散型干涉型
分光元件:棱镜、光栅干涉图进行傅里叶变换狭缝，光通量低，信噪比低能量利用率高，多通道，高光谱分辨率
成像光谱系统的扫描方式
摆扫Whisk broom 推扫Push broom 窗扫Window broom
没有内在的运动部件和前置狭缝。
高光谱成像技术的应用近年来，随着科技的不断发展，各种新型成像技术不断涌现，而其中的一种重要技术就是高光谱成像技术。
它可以通过对物体或场景的光谱信息进行高精度的捕捉和处理，实现对目标物体的深度分析和识别。
在各个领域的应用中，高光谱成像技术展现出了强大的应用潜力。
1. 农业领域中的高光谱成像技术应用农业作为国民经济的支柱产业，其发展一直备受瞩目。
而高光谱成像技术在农业领域的运用，为农业生产带来了可行的可持续发展路径。
首先，高光谱成像技术可以实现对农作物的密集光谱数据采集，对光谱数据进行分析，检测出植株的健康状况和生长状态。
这可以大大促进农业生产中的精细化管理，为提高作物产量和质量提供有效数据支持。
其次，高光谱成像技术还可以检测出土壤的营养状况和微生物的活跃度，为精准施肥提供科学依据。
由于农业生产中自然环境和气候条件的复杂性，土壤养分的差异也会十分显著。
因此，精细施肥不仅可以减少浪费和环境污染，还可以提高农作物的产量和质量。
2. 矿产探测领域中的高光谱成像技术应用矿产探测是一项重要的经济活动，其准确性和高效性对于开采和管理矿区具有重要意义。
而高光谱成像技术的开发和运用，可以为矿产探测提供一种更加科学准确、高效快捷的方法。
具体来说，高光谱成像技术可以从光谱反射率信息中解析出矿物质含量和分布的详细情况，可以通过对不同矿层材料的深度分析，在地下储藏资源的实际位置和储量方面提供有力的支持。
此外，高光谱成像技术还可以通过对地表覆盖物和矿区环境的高精度成像，帮助控制环境污染和生态破坏的发生。
3. 医学领域中的高光谱成像技术应用医学领域对成像技术的需求十分迫切，而高光谱成像技术的研究和应用，可以为不同的医学领域提供精度和诊断率更高的成像解决方案。
例如，在现代医学中，光谱成像技术已被广泛应用于肿瘤分类和诊断。
由于不同种类的肿瘤细胞具有不同的生物学特征和光谱反射率，高光谱成像技术可以通过特定的光谱区域进行光谱提取，识别出不同种类的肿瘤细胞，并提供有力的医学辅助诊断信息。
高光谱成像技术在地球资源调查中的应用随着人类社会的进步和发展，对地球资源的需求与日俱增。
如何对地球资源进行准确、快速的调查和分析成为了研究的重点。
近年来，高光谱成像技术作为一种新兴的遥感技术，被广泛应用于地球资源的调查和研究中。
高光谱成像技术具有高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率等优点，可以对地表物质的化学成分、结构、形态等信息进行直接获取和识别，从而实现对地表资源的准确和全面的描述和分析。
下面我们从高光谱技术的基本原理、应用领域以及未来发展方向等方面进行探讨。
一、基本原理高光谱成像技术的基本原理是通过获取地表物质反射光谱信息，分析物质的化学组成、结构、形态等性质。
其光谱范围覆盖从400-2500nm，间隔为1-10nm左右。
当光线作用于地表物质时，这些物质会吸收、反射或透射不同波长的光线，形成不同的反射光谱特征，通过分析这些光谱特征，可以对物质的成分和结构进行识别和分析。
高光谱成像技术通过对地表物质的光谱反射进行快速扫描，可以获取大量的高光谱数据，这些数据具有高维和复杂性等特点。
因此，在高光谱技术的应用中，数据的预处理、处理和分析成为了一个重要的环节。
二、应用领域高光谱成像技术在地球资源调查中具有广泛的应用领域和潜力。
1. 矿产资源勘探高光谱成像技术可以对矿物的成分、结构、含量和分布等进行精确定位和预测，特别适用于探测隐伏性矿床和低品位矿床等。
2. 地质环境监测高光谱成像技术可以对地表环境变化进行快速、准确的监测和分析，对土壤污染、荒漠化、地貌变化等方面具有重要的应用价值。
3. 农业遥感高光谱成像技术可以通过对植物的反射光谱进行监测，实现对植物生长状况、病虫害等的准确识别，从而对农作物的产量和品质进行预测和管理。
4. 环境监测高光谱成像技术可以通过对污染源的光谱信息进行识别和分析，实现对环境污染的及时监测和预警。
三、未来发展随着高光谱成像技术在地球资源调查中应用的不断扩大和深入，其未来发展将面临许多挑战和机遇。
前言随着科学技术的发展，人们的感官得到了延伸，认识事物的能力也不断的提高，其中光谱成像和雷达成像成为其中的佼佼者，高谱和图像使人们能够在大千世界更好的认识到事物。
高光谱成像技术作为一项优点显著，实用的成像技术，从20世纪80年代开始得到了世界各国的重视，经过深入的研究和发展如今已经被广泛地应用于各个领域。
高光谱遥感是当前遥感技术的前沿领域，它利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体获得有关数据，它包含了丰富的空间、辐射和光谱三重信息。
高光谱遥感的出现是遥感界的一场革命，它使本来在宽波段遥感中不可探测的物质，在高光谱遥感中能被探测。
高光谱成像技术是基于非常多窄波段的影像数据技术，其中最突出的应用是在遥感探测领域，并在民用领域有着更大的应用前景。
本文通过分析介绍高光谱图像的成像原理，探讨了高光谱图像在国内外发展现状及其应用。
1.高光谱图像成像原理及特点1.1高光谱遥感基本概念高光谱遥感是通过高光谱传感器探测物体反射的电磁波而获得地物目标的空间和频谱数据，成立于20世纪初期的测谱学就是它的基础。
高光谱遥感的出现使得许多使用宽波段无法探查到的物体，更加容易被探测到，所以高光谱遥感的出现时成功的是革命性的。
1.2高光谱图像成像原理光源相机(成像光谱仪+ccd)装备有图像采集卡的计算机是高光谱成像技术的硬件组成，其光谱的覆盖范围为200-400nm,400-1000nm,900-1700nm,1000-2500nm。
其中光谱相机的主要组成部分为准直镜，光栅光谱仪，聚焦透镜以及面阵ccd。
其扫描过程是当ccd探测器在光学焦面的垂直方向上做横向扫描(x),当横向的平行光垂直入射到投身光栅是就形成了光栅光谱，这是象元经过高光谱仪在ccd上得出的数据，它的横向式x方向上的像素点也就是扫描的象元，它的总想是各象元对应的信息。
在检测系统输送前进是排列的他测器完成纵向扫面(y)。
综合扫描信息即可得到物体的三围高光谱数据。
1.3高光谱遥感的特点(1)波段多且宽度窄能够使得高光谱遥感探测到别的宽波段无法探测到的物体。
HyMAP-C航空高光谱仪室内定标方法陈洁;杨达昌;韩亚超;高子弘【摘要】高光谱设备能获取光谱范围内的连续波谱响应信息，光谱分辨率越高，越能区分不同物质的光谱特征。
为了确保采集的光谱曲线的真实性，高光谱设备的定标精度显得尤为重要。
本文以机载高光谱HyMAP-C为例，阐述其室内光谱和辐射定标方法与流程，使用定标后的设备对已知矿物进行波谱采集，能精准地反映其吸收特征，与标准波谱曲线一致性较高。
为其他高光谱系统的室内定标提供了思路和借鉴依据。
【期刊名称】《地质装备》【年(卷),期】2016(017)003【总页数】4页(P22-25)【关键词】航空;高光谱仪;光谱定标;辐射定标;高斯拟合【作者】陈洁;杨达昌;韩亚超;高子弘【作者单位】中国国土资源航空物探遥感中心，北京 100083; 中国科学院遥感与数字地球研究所，北京 100101;中国国土资源航空物探遥感中心，北京 100083;中国国土资源航空物探遥感中心，北京100083;中国国土资源航空物探遥感中心，北京 100083【正文语种】中文【中图分类】P627HyMAP-C航空光谱仪是由澳大利亚HyVista公司研发的实用型航空成像高光谱系统。
它的4个探测器涵盖了0.45～2.48μm的可见光、近红外和短波红外波段，具有13～17nm的光谱分辨率，可对探测目标进行144个波段的连续光谱数据采集。
集成德国iMAR公司的iIMU-FSAS型惯性测量单元和加拿大NovAtel公司的全球定位系统，以100Hz的频率进行姿态记录；配备的PAV80电子稳定平台，具有俯仰、侧滚±7°，旋偏±30°的动态调整角度，能最大限度地保证数据采集时设备状态平稳。
采集数据信噪比优于500∶1，系统匹配的几何精度优于2个像元。
该设备广泛应用于地质矿产、国土规划等应用科研领域，以及星载高光谱实用性验证等方面。
郭洪周等利用该设备开展了国内首次矿物识别应用；赵杏杏等利用64个航带的HyMAP 数据，进行了有效的水生物提取；周萍等系统而全面地分析了模拟星载Hymap高光谱数据针对不同指标与尺度的影像质量效果，为星载高光谱载荷的指标制订提供了依据。
HyMap成像光谱仪系统及其应用1.HyMap成像光谱仪系统简介HyMap机载成像光谱仪是由澳大利亚集成光电公司(ISPL)研制生产的,投入商业性运营的机载成像光谱仪。
经过近5年的发展，它已成为技术较为完善、系统较为配套的新一代使用型航空高光谱成像仪的代表。
HyMap于1997年开始应用于商业勘探领域，尤其在地质勘探领域特别是矿物填图方面得到了广泛应用。
为了推进成像光谱技术在我国地质找矿中的应用，中国地质调查局于2002年通过租用澳大利亚机载成像光谱仪的方式,开展了新疆东天山地区航空成像光谱飞行、数据获取、数据处理,以及应用研究工作,为澳大利亚机载成像光谱仪引进和成像光谱技术推广应用奠定了基础。
并于2012年通过天津中科遥感信息技术有限公司，与澳大利亚集成光电公司(ISPL)签订了HyMap的购买合同。
图1 HyMap成像光谱仪及其获取的影像2.HyMap成像光谱仪系统的主要组成HyMap成像光谱仪系统主要有硬件和软件系统组成，其中硬件系统包括：HyMap-C主机，由4个探测器组织,每个探测器有32个通道；以及备用探测器 集成稳定平台（GSM3000）POS（IMU/DGPS）系统主机和稳定平台之间的PAV30的适配环定标设备电子部件和备用电子设备控制部件、数据传输与存储等部件、存储介质（SSD硬盘）软件系统包括：飞行管理系统数据预处理及几何校正软件无缝拼接软件大气校正，光谱重建和矿物提取软件3.HyMap成像光谱仪的成像模式HyMap的分光器件为色散型成像光谱仪，其扫描方式为光机旋转式。
光栅色散型成像光谱仪其原理为：入射狭缝位于准直系统的前焦面上，入射的辐射经准直光学系统准直后，经棱镜和光栅狭缝色散后由成像光谱系统将光能按波长顺序成像在探测器的不同位置上。
具有一个成45°斜面的扫描镜，在电机的带动下进行360°旋转，其旋转水平轴与遥感平台前进方向平行。
线阵列探测器用于探测任一瞬时视场内目标点的光谱分布。
扫描镜的作用对目标表面进行横向扫描，一般空间的第二维扫描（纵向或帧方向扫描）由飞机运动产生。
图2. HyMap成像光谱仪的成像方式图3. HyMap矿物影像4.HyMap成像光谱仪系统的主要技术参数图4. HyMap主要技术参数图5. HyMap成像光谱仪飞行和成像参数5. 高光谱遥感的应用5.1 在植被和生态研究中的应用高光谱遥感能够提供图像每个像元高的光谱分辨率，使一些在常规宽波段遥感中不能探测到的物质，在高光谱遥感中能被探测。
高光谱遥感数据能够精确估算关键生态系统过程中的生物物理和生物化学参量，特别是在大尺度上冠层水分、植被干物质和土壤生化参量的精确反演，在生态学研究中有广阔的应用前景。
在生态系统方面，高光谱遥感还应用于生态环境梯度制图、光合作用色素含量提取、植被干物质信息提取、植被生物多样性监测、土壤属性反演、植被和土地覆盖精细制图、土地利用动态监测、矿物分布调查、水体富营养化检测、大气污染物监测、植被覆盖度和生物量调查、地质灾害评估等等。
植被高光谱遥感数据，按获取方式的不同，采用相应的高光谱遥感信息处理技术处理后可用于植被参数估算与分析，植被长势监测及估产等领域。
另外，高光谱的出现使植物化学成分的遥感估测成为可能。
图6. 基于高光谱数据的太湖水质监测图7. 基于高光谱数据的环境对植被生长的压抑程度监测5.2 在地质矿产中的应用区域地质制图和矿产勘探是高光谱技术主要的应用领域之一，也是高光谱遥感应用中最成功的一个领域。
80年代以来，高光谱遥感被广泛地应用于地质、矿产资源及相关环境的调查中。
最近15 年来的研究表明，高光谱遥感可为地质应用的发展做出重大贡献，尤其是在矿物识别与填图、岩性填图、矿产资源勘探、矿业环境监测、矿山生态恢复和评价等方面。
高光谱遥感能成功地应用于地质领域的主要原因是高光谱遥感有许多不同于宽波段遥感的性质，各种矿物和岩石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矿物成分，高光谱数据能反映出这类诊断性光谱特征。
随着高光谱遥感地质应用的不断扩展和日益深入，高光谱遥感技术和方法也在不断改进。
近年来在基于高光谱数据的矿物精细识别、高光谱影像地质环境信息反演、基于高光谱遥感的行星地质探测等方面取得了突出的进展。
高光谱遥感在地质成因环境探测、蚀变矿物与矿化带的探测、成矿预测、岩性的识别与分类、油气资源及灾害探测、高光谱植被重金属污染探测等方面也有应用。
图8. HyMap影像的岩矿填图图9. HyMap影像的地质分析和岩矿填图矿物种类分布矿物相对含量变化矿物化学成分变化图10. 基于高光谱影像的矿物识别图图11. 基于高光谱数据的岩芯矿物填图图12. 基于高光谱数据的矿区植被长势监测5.3 在海洋研究中的应用随着科学技术的发展，高光谱遥感已成为当前海洋遥感前沿领域。
由于中分辨率成像光谱仪具有光谱覆盖范围广、分辨率高和波段多等许多优点，因此已成为海洋水色、水温的有效探测工具。
它不仅可用于海水中叶绿素浓度、悬浮泥沙含量、某些污染物和表层水温探测，也可用于海冰、海岸带等的探测。
国内海洋遥感应用基础研究主要是一些数学模型的构建。
关于如何解决水体的低反射率、大气对蓝紫波段光谱的散射影响等难题的研究还未涉足。
在海洋水质监测应用方面，只有可见光光谱能够观测水下的状况。
另外，陆源污染、海水养殖、滩涂等海岸带典型要素的光谱特性研究工作也在开展，研究人员以航空高光谱图像为数据源，选取陆源污染、海水养殖、滩涂为监测要素，进行上述要素的光谱波段敏感性研究，试图获得其探测的最佳波段，并进一步发展准确、快速识别和探测技术。
在海洋表面温度测量、海洋表层悬浮泥沙浓度的定性或半定量的观测、海洋动力现象的研究等方面都开展了相应的研究。
国际上开展的主要研究有：海洋碳通量研究，认识其控制机理和变化规律；海洋生态系统与混合层物理性质的关系研究；海岸带环境监测与管理。
图12. 基于HyMap的海床覆盖监测图13. 基于HyMap的近岸海域监测图14. 基于高光谱影像的水质监测5.4 在农业方面的应用高光谱遥感技术的出现拓宽了遥感信息定量获取新领域，逐渐成为农业遥感应用的重要前沿技术手段之一。
农业遥感应用中，充分利用高光谱图谱合一的优点，能够精准监测作物长势，为精准农业服务，特别是作物长势评估、灾害监测和农业管理等方面。
利用高光谱遥感数据能准确地反映田间作物本身的光谱特征以及作物之间光谱差异，可以更加精准地获取一些农学信息，如作物含水量、叶绿素含量、叶面积指数（LAI）等生态物理参数，从而方便地预测作物长势和产量。
目前，高光谱遥感技术在农业遥感应用中的研究取得了较大进展，主要研究包括以下方面：作物叶片光谱特征研究、作物分类与识别、作物生态物理参数反演与提取、作物养分诊断与监测研究、作物长势监测与产量预测、农业遥感信息模型研究、农业灾害监测。
随着精准农业研究的深入，遥感光谱分辨率和空间分辨率的不断提高，今后高光谱遥感在农业方面的应用从理论走向业务化运作，特别是简单实用的高光谱农学信息提取与农情监测模型的设计与推广，将成为一个主要发展方向。
图15. 小麦生化参量反演图图6. 日本南牧村地物覆盖类型（2000.8.23）5.5 在大气科学研究中的应用高光谱遥感具有非常高的光谱分辨率，它不仅可以探测到常规遥感更精细的地物信息，而且能探侧到更精细的大气吸收特征。
大气的分子和粒子成份在反射光谱波段反映强烈，能够被高光谱仪器监测。
高光谱遥感技术在大气研究中的突出应用是云盖制图、云顶高度与云层状态参数估算、大气水汽含量与分布估算、气溶胶含量估计以及大气光学特性评价等。
利用高光谱数据，在准确探测大气成分的基础上，能提高天气预报、灾害预警等的准确性与可靠性。
5.6 在其他领域的应用高光谱在其他领域也有广泛应用。
如城市下垫面特征和环境，高光谱遥感的发展使得人们有能力对城市地物的光谱特性进行深人研究，人们用实验室光谱、地物光谱、航空和航天的高光谱遥感器对城市的光谱进行了一系列的深人分析。
研究的内容包括城市地物的光谱特性及可分性，为城市环境遥感分析及制图提供基础。
一些研究人员利用高光谱数据结合光谱检测算法对城市地物分类进行了研究。
在军事领域，最为先进技术，高光谱影像的军事应用主要集中在目标侦察、近海环境监测、伪装与反伪装和打击效果评估。
在土壤质量信息监测方面，高光谱遥感主要用于获取土壤质量信息，如土壤有机质的反射光谱特征、土壤水分与土壤反射光谱关系、土壤氧化铁的光谱反射特性等。
通过对土壤理化性质与土壤精细光谱信息的定量分析，进行土壤的特性参数评价。
图16. 高光谱应用产品图17. 基于HyMap的森林火灾监测图18. 基于高光谱影像的城市监测图19. 基于高光谱影像的城市地物信息提取5.7 高光谱应用的展望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三十多年中，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。
高光谱遥感的发展历史虽然只有短短二十年左右的时间，但在很多国家、许多领域已得到了越来越广泛的应用。
目前主要应用于植被生态、大气、地质、海洋、农业等领域。
迄今为止，国内外常用的成像光谱仪还是以航空机载的为主，要进入实用阶段，需要由航空遥感转向卫星遥感。
所以，未来携带更高光谱和空间分辨率成像光谱仪的卫星会陆续发射。
当前，面向高光谱遥感应用，发展以地物精确分类、地物识别、地物特征信息提取为目标的高光谱遥感信息处理和定量化分析模型，提高高光谱数据处理的自动化和智能化水平，开发专用的高光谱遥感数据处理分析软件系统和地物光谱数据库仍是高光谱遥感研究的主要任务，旨在将高光谱遥感更精确地应用于更多更广的领域。
6. HyMap在新疆地区高光谱填图应用（国内应用实例）6.1 概况项目名称：中国国土资源航空物探遥感中心承担完成的《新疆东天山土屋-延东地区航空成像光谱调查项目测区位置：东经93°12′58″～95°20′00″；北纬42°02′58″～42°23′08″。
测区面积：3000km2。
6.2 航飞设计测区地形：平均最高为851m、平均最低为498m , 平均面高为670m飞行航高：相对航高为2400m ,绝对航高为3070m飞行速度：扫描率10左右，则飞行速度在220km/h（估计值）航带幅宽：2771m航带设计：24航带（旁向重叠率：5%～15%6.3 航摄实施飞行时间：2002.9.26，澳大利亚完成光谱仪光谱和辐射定标2002.10.4-10.7，完成仪器调试和试飞10月中旬进入测区飞行飞行平台：Y-12型（运12）使用机场：乌鲁木齐机场天气情况：不详，是否同步监测大气状况不知旁向重叠率：5%～15%航向飞行旋偏角：<5°飞行高度符合设计航高地面分辨率：5.4m6.4 地面测试6.4.1 地面光谱测试目的：获取用于HyMap数据进行光谱辐射校正和准确提取岩矿地质体信息的地面光谱数据便携式光谱辐射计：ASD - FR Pro光谱范围：350～2500nm，光谱分辨率优于HyMap地面同步光谱测量（两种）人工布标和自然地标测量：共75条非同步光谱测量野外日光下岩石矿物标本：112条实验室灯光下岩石矿物标本：110条8.4.2 其他测试岩矿鉴定：50件样品分析：21件6.5 数据处理6.5.1 数据检查数据获取后，尽快检查数据，收否有漏缺，是否需要补飞查看每个波段数据，是否有波段无数据或质量很差，需要剔除；6.5.2 数据预处理光谱辐射畸变校正光谱定标，利用实验室和机上定标系统，对高光谱数据进行光谱定标大气校正，利用大气辐射传输模型对影像进行大气校正光谱重建，将辐亮度数据转换为反射率数据6.5.3 数据处理几何校正几何粗校正：利用陀螺稳定平台数据，以及POS（DGPS/IMU）系统，生成的IGM文件，以及在此基础上生成输出产品的GLT文件，进行每条航带的几何校正，并对航带进行无缝拼接。
