高光谱遥感及其发展与应用综述
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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”。
测绘技术高光谱遥感图像分类方法的研究及其应用前景引言随着科技的不断发展,遥感技术在测绘领域的应用越来越广泛。
其中,高光谱遥感图像分类方法在地理信息系统(GIS)中具有重要的研究和应用价值。
本文将探讨测绘技术高光谱遥感图像分类方法的研究进展,以及该技术的应用前景。
一、高光谱遥感图像分类方法的研究进展1. 高光谱遥感图像分类方法概述高光谱遥感图像是通过遥感传感器获取的连续多光谱信息,能够提供地物的丰富光谱信息。
因此,高光谱遥感图像分类方法相比于传统的遥感图像分类方法具有更高的分类精度。
近年来,学者们在该领域进行了大量的研究,提出了多种分类方法,如支持向量机(SVM)、神经网络等。
2. 高光谱遥感图像分类方法的应用案例(1)农业领域:高光谱遥感图像分类方法可以帮助农业管理者实现农作物的类型分类、病虫害监测等,提高农作物种植的管理效率。
(2)城市规划领域:通过对高光谱遥感图像进行分类,可以有效地划分城市建筑、绿地、水域等区域,为城市规划和土地管理提供重要的支持。
(3)环境保护领域:高光谱遥感图像分类方法可以用于监测和评估环境中的植被覆盖状况、土壤污染等,为环境保护决策提供有力的数据支持。
二、高光谱遥感图像分类方法的应用前景1. 精细农业高光谱遥感图像分类方法在农业领域的应用前景巨大。
随着我国农业现代化进程的推进,精细农业将成为未来农业发展的趋势。
高光谱遥感图像分类方法可以帮助农民实现农田的精细管理,提高农作物产量和质量,优化农业资源的利用。
2. 灾害监测与预警高光谱遥感图像分类方法可以用于灾害监测与预警。
例如,通过分析高光谱遥感图像中的植被变化,可以提前预警火灾、洪涝等自然灾害,为相关部门采取措施提供时间窗口。
这对于减少灾害损失和保护人民生命财产安全具有重要意义。
3. 地质勘查与矿产资源开发高光谱遥感图像分类方法在地质勘查与矿产资源开发方面的应用前景广阔。
通过分析地质构造和土地变化,可以帮助勘探人员找到潜在的矿产资源。
无人机高光谱遥感平台研究进展与应用第一篇范文无人机高光谱遥感平台作为一种新兴的遥感技术,近年来在我国得到了广泛的研究和应用。
它通过搭载高光谱传感器,能够获取地物反射、辐射和散射的光谱信息,为地表覆盖分类、资源调查、环境监测等方面提供了有力支持。
本文将梳理无人机高光谱遥感平台的研究进展与应用情况,以期为相关领域的研究和实践提供参考。
一、无人机高光谱遥感平台的研究进展1. 平台技术无人机高光谱遥感平台技术主要包括无人机飞行器技术、高光谱传感器技术、数据处理与分析技术等。
近年来,我国在高光谱遥感领域取得了一系列关键技术突破,如高光谱成像光谱仪、激光雷达、多角度成像等,为无人机高光谱遥感平台的研究提供了有力保障。
2. 数据处理与分析无人机高光谱遥感数据处理与分析主要包括数据预处理、辐射校正、大气校正、水汽校正、光谱分类、光谱重建等。
我国科研团队在高光谱数据处理与分析方面取得了显著成果,开发了一系列具有自主知识产权的高光谱数据处理软件。
二、无人机高光谱遥感平台的应用1. 地表覆盖分类无人机高光谱遥感平台在地表覆盖分类方面具有显著优势,可以实现对农田、森林、水体、城市等多种地物的精确识别。
通过对高光谱数据的处理与分析,可以获取地物的光谱特征,从而实现地表覆盖的精细分类。
2. 资源调查无人机高光谱遥感平台在资源调查方面具有广泛应用前景。
例如,在矿产资源调查中,可以通过分析高光谱数据中的光谱特征,识别出矿物的种类和分布;在农业资源调查中,可以监测作物生长状况、估测产量等。
3. 环境监测无人机高光谱遥感平台在环境监测领域具有重要作用。
例如,可以通过分析高光谱数据,监测大气污染、水体污染、土壤侵蚀等环境问题,为环境保护和治理提供科学依据。
4. 灾害监测与评估无人机高光谱遥感平台在灾害监测与评估方面具有显著优势。
例如,在地震、洪水、干旱等自然灾害发生时,可以通过高光谱数据实时获取受灾地区的地表状况,为灾害救援和恢复提供支持。
高光谱遥感图像处理技术研究及应用高光谱遥感图像处理技术是一种新兴的研究领域,它可以对大量数据进行快速处理和分析。
在许多应用领域中,高光谱图像处理技术一直处于领导地位,如农业、地质学、环境保护和医疗保健等。
本文将探讨高光谱遥感图像处理技术的原理、应用以及未来的发展方向。
一、高光谱遥感图像处理技术原理高光谱遥感图像处理技术是一种能够获取大量信息的遥感图像处理技术。
它通过遥感探测器获取的光谱波段数据来判断图像的特征。
与传统的遥感图像技术不同,高光谱遥感图像技术可以获取图像红、绿、蓝以外的更多光谱波段数据,从而能够更加深入的了解图像的石景和特性。
对于一张高光谱遥感图像,通常包含了许多不同的光谱波段。
这些波段数据需要经过预处理和校正才能进行有效的分析。
预处理包括光谱归一化、波段筛选、噪声过滤和图像增强等步骤。
经过这些处理后,我们可以进行图像分类和聚类分析等操作。
最终得到的分析结果可以被应用到许多领域。
二、高光谱遥感图像处理技术应用2.1 农业高光谱遥感图像处理技术已经在农业领域中得到了广泛的应用。
通过对农田图像的分析,可以确定农田中各种作物的生长状态,土壤质地和含水量等指标。
这种分析方法可以帮助农民优化施肥、节约用水和改善种植条件。
高光谱遥感图像处理技术在农业领域中具有很高的研究和实践价值。
2.2 地质学高光谱遥感图像处理技术在地质学领域中也有着重要的应用。
通过对地质矿产图像的分析,可以识别出地下矿物质的类型、含量以及矿区的分布情况。
这种分析方法可以帮助地质工作者更好的开展矿产勘探和资源开发。
2.3 环境保护高光谱遥感图像处理技术在环境保护中也有很重要的应用。
通过对大气和水环境图像的分析,可以判断出污染源和污染物的种类,从而确定环境保护的重点处理区域。
这种分析方法可以帮助环境保护部门更好地进行环境治理和污染监测工作。
2.4 医疗保健高光谱遥感图像处理技术在医疗保健领域中也有着广泛的应用。
通过对医学图像的分析,可以确定人体组织的类型、结构和病变情况。
高光谱成像在遥感中的应用1. 引言遥感技术是通过对地球表面的光谱、热力、电磁辐射等信息进行测量和分析,从而获取地表信息的一种手段。
高光谱成像是遥感技术中的一项重要技术,它能够获取被观测物体在数百个连续的光谱波段上的信息。
本文将探讨高光谱成像在遥感中的应用及其优势。
2. 高光谱成像的原理高光谱成像利用一个连续的光谱范围,将被观测物体的反射、辐射或发射光谱信息以光谱图像的形式记录下来。
相比于传统的彩色图像,高光谱图像包含了更丰富的光谱信息,能够提供更多种类的地表特征。
高光谱成像技术主要依赖于高光谱成像仪器,其通过分光光栅将光分成不同的波段,然后通过具有高灵敏度和高空间分辨率的光学传感器捕捉每个波段的图像。
3. 高光谱成像在地质勘探中的应用地质勘探是指通过对地质构造、矿产资源等进行调查和研究的一种手段。
传统的地质勘探通常依赖于地质样品的采集和实地勘探,而高光谱成像技术能够通过对地表光谱数据的分析,准确识别出不同的地质类型。
例如,高光谱成像可以用于矿产资源的预测和探测,通过识别不同波长下矿物质的光谱特征,可以定量地评估矿床分布和矿床类型。
此外,高光谱成像还可以用于确定地下水资源的分布情况,为地下水的开发利用提供信息支持。
4. 高光谱成像在农业中的应用农业是一个多因素综合作用的复杂系统,对农作物的监测和管理需要全面的信息支持。
高光谱成像技术可以通过对农田的高光谱图像进行分析,提供精准的作物信息。
例如,高光谱成像可以用于农作物的远程监测和应力识别。
通过分析不同波段下植被的光谱反射率,可以测量植被的生理指标,如叶绿素含量、叶面积指数等,进而判断作物生长状态和营养状况。
此外,高光谱成像还可以用于病虫害的预警和监测,通过识别不同病虫害对植物的光谱特征影响,及时发现问题并采取措施。
5. 高光谱成像在环境监测中的应用环境监测是指对环境污染、资源利用和环境质量等进行监测和评价的活动。
高光谱成像技术具有高灵敏度和高空间分辨率的特点,可以对大范围的地区进行高精度的环境监测。
高光谱遥感技术的应用前景随着科技的不断发展,遥感技术越来越成为人们了解和掌握地球信息的有力工具,而高光谱遥感技术就是其中一种很重要的技术。
高光谱遥感技术能够提供比传统遥感技术更丰富和精细的地球信息,因而在许多领域都有广泛应用,从环境保护、水资源管理到农药使用管理等等,都有着广泛的应用前景。
一、高光谱遥感技术的基本原理和特点高光谱遥感技术是指遥感技术中利用高光谱仪器获取并记录地物反射光谱的过程。
高光谱遥感技术相比于传统遥感技术,不仅能够获取到地物的空间和光晕信息,还能够获取到更高的光谱分辨率,能够对地物的光谱反射进行更精确的分析。
高光谱遥感技术有着广泛的应用范围,既能用于地表覆盖和生态环境监测,也能用于资源勘探和开发。
高光谱遥感技术数据的处理通常是建立在一个多波段反射率数据集上,数据集中每个像素的反射率都被记录在不同波长的光谱带中。
二、高光谱遥感在环境保护中的应用高光谱遥感技术在环境监测与评估中有着广泛的应用,可以用于监测和掌握地球上的各种环境指标,比如水质检测、空气污染等等。
在水资源管理中,高光谱遥感技术可用于测定水体水质、流速等水文参数,还可以追踪水文演化、水生生态系统变化等。
在空气污染的识别、区分和定量化监测方面,高光谱遥感技术也无疑是非常有用的。
能够捕获不同类型的污染物质与混合物在光谱上的独特的“指纹”,通过这些指纹可以对目标物质进行识别和区分。
这种技术可以适用于城市和工业区域、矿山地区、较为多源的汽车尾气等。
三、高光谱遥感在农业中的应用高光谱遥感技术在农业中的应用是多方面的,例如识别不同的植物覆盖、追踪作物生长等。
针对农业领域,高光谱遥感技术能够提供更为精确和准确的地物分类、植被指数、作物监测和干旱指数等信息,还可以对农药使用管理等方面进行科学决策和预测。
例如,在干旱监测上,采用高光谱遥感获取显著的有机物光谱特征,从而可制定地表和植被湿度指数,进而进行干旱程度分级评估。
这种技术可用于种植业、水资源管理、生态学和气候模型研究等领域。
高光谱遥感在农作物生长监测的应用研究进展高光谱遥感是一种获取大量连续波段光谱信息的遥感技术,具有广泛的应用前景。
在农业方面,高光谱遥感可以用于监测农作物的生长情况和健康状况,为农业管理提供科学依据。
本文将对高光谱遥感在农作物生长监测的应用研究进展进行综述。
农作物生长监测是农业管理的重要内容之一。
传统的农作物生长监测方法主要依靠人工野外观测和定期采集植物样本进行实验室分析,工作量大且费时费力。
而高光谱遥感技术可以在大范围内非接触性地获取农作物的光谱信息,使得农作物生长监测更为高效和精确。
高光谱遥感技术利用设备采集到的大量波段光谱数据,可以提取出丰富的植被信息。
通过对光谱数据的分析和处理,可以获取到农作物的生长状态、光合作用强度、叶绿素含量等指标,进而评估农作物的健康状况和适应性。
2. 农作物营养状态监测。
农作物的营养状态对其生长发育和产量形成有着重要的影响。
高光谱遥感技术可以通过分析植物的光谱数据,提取出植物的叶绿素含量、氮素含量等营养指标,从而评估农作物的营养状况和需肥情况。
通过及时监测和调整农作物的营养状况,可以提高农作物的产量和品质。
3. 农作物病虫害监测。
高光谱遥感技术可以通过分析植物的光谱数据,提取出植物的特征波段,从而识别和监测农作物的病虫害。
通过分析农作物的光谱特征,可以迅速检测到农作物受到的病虫害的严重程度和分布范围,提高农作物病虫害的监测效率,并给出相应的防治措施。
4. 农作物气候适应性评估。
不同农作物对气候条件有不同的适应性,高光谱遥感技术可以通过分析植物的光谱数据,提取出植物的光合作用强度、水分利用效率等指标,从而评估农作物对不同气候条件的适应性。
这对于制定适合不同气候条件下的农业管理措施具有重要意义。
高光谱遥感技术在现代林业中的应用与发展摘要:高光谱分辨率遥感技术,又称高光谱遥感,是二十世纪末引入的一种新的遥感技术,为现代林业保护和研究做出了重要贡献。
本文研究了高光谱遥感技术在现代林业中的应用。
关键词:高光谱遥感技术;现代林业有纳米级的超高光谱的高光谱遥感技术的发展促进了现代林业的发展,为监测区内的所有生物提供快速和连续的光谱信息,这意味着对现代林业监测和管理的广泛应用。
一、高光谱遥感技术高光谱遥感,也称为分辨率遥感技术,是20世纪20年代末迅速发展起来的一种新的遥测技术,用于对包括森林在内的超高光谱物体进行连续光谱分析。
同时,使用数十或数百个遥测频谱来将方法和频谱组合成目标对象。
与传统的遥感方法相比,高光谱遥数据具有以下特点:超宽带范围,包括数十到数百个可见和近红外光谱范围;高光谱分辨率,通常约为3-10nm;高空间分辨率;相邻频带之间的相关性高,数据冗余高。
二、高光谱遥感技术在现代林业中的应用1森林火灾监测与预防的应用。
不仅威胁着森林的健康,也威胁着人类的生命安全。
森林火灾是由森林大规模扩张和复合枝的存在引起的,这首先使森林火灾的燃烧和蔓延部分难以察觉,难以迅速扑灭。
其次,由于火灾在风向影响下迅速、突然蔓延,人工灭火难以取得良好效果,存在事故隐患。
燃烧温度高于环境温度。
高光谱遥测使用此功能监测异常森林温度。
一旦发现火灾,可以迅速扑灭,以避免不必要的损失和损坏。
2.害虫防治和监测应用。
森林病虫是森林健康的主要原因,造成生态系统的破坏和自然资源的重大损失。
虫害防治是隐蔽性较高,主要是在从内而外传播的植物内,如果发现害虫已经完全受到破坏,那么再加以处理也为时已晚。
高光谱遥测技术在现代森林中的应用虽然很好地解决了这一问题,但虫害防治所涉地区与卫生领域差别很大,因此利用遥测技术可以迅速准确地识别和及时处理虫害,以防止虫害的传播和侵蚀。
3.监测森林轨迹。
随着时间的推移,森林继续生长和繁衍,如果不及时更新有关资源信息,就不能保证有关决策和规划的合法性,不能有效管理和区分森林资源,不能及时保护森林资源,导致稀有物种的灭绝。
高光谱研究综述范文高光谱成像是一种能够获取物体在不同波长下反射、辐射或透射光谱信息的技术。
相对于传统的光学成像技术,高光谱成像具有更高的光谱分辨率和信息获取能力。
在过去的几十年里,高光谱成像技术在物理、地球科学、遥感以及生命科学等领域得到了广泛应用。
高光谱成像技术的基本原理是利用光谱信息的细微差异来对不同物质进行识别和定量分析。
通过连续获取物体在很多个波长点上的光谱数据,可以获取到物体表面反射、辐射或透射的光谱特征。
这些光谱特征可以用于物质成分的分析、光学属性的研究以及环境监测等方面。
高光谱成像技术的优势在于能够提供丰富的光谱信息,可以对物体进行更准确的辨识和分类。
由于高光谱成像可以获取大量的光谱数据,因此可以通过计算机算法实现对物体的自动识别和分类。
与传统的针对特定波长进行测量的光谱仪相比,高光谱成像技术能够在一个图像中获取多个波长点上的光谱信息,从而提高了测量的效率和精度。
在地球科学领域,高光谱成像技术被广泛应用于土壤学、地质学、水文学和环境科学等研究中。
例如,将高光谱成像技术应用于土壤分析可以提取土壤中的有机质、颗粒大小、矿物组成以及土壤湿度等信息。
在地质学研究中,高光谱成像可以用于矿物的识别和分析,为矿产勘探和地质调查提供了重要工具。
同时,高光谱成像技术也可以应用于水文学研究中,用于监测河流、湖泊和井的水质,提取水体中的悬浮物、氮磷等指标。
在农业领域,高光谱成像技术也有着广泛的应用。
通过对农作物的高光谱成像,可以实现对农作物的生长状态、营养状况、病虫害情况的快速检测和监测。
例如,通过测量农作物在不同波长点上的反射光谱,可以提取出作物叶面积指数、氮含量以及叶绿素含量等信息,从而实现对作物生长状态的评估和管理。
在生命科学研究中,高光谱成像技术可以用于生物体的识别和分析。
通过对物体在不同波长下的光谱特征进行提取和比对,可以实现对生物体的种类、组织结构以及代谢状态的研究。
高光谱成像技术在医学领域的应用也不断增加,例如对皮肤组织、肿瘤以及疾病诊断等方面的研究。
高光谱遥感综述高光谱遥感是一种对地面物质进行非接触式观测的技术。
其原理是利用可见光和近红外光线穿透大气层照射地面然后反射回来,以此获取地面物质的信息。
随着高光谱遥感技术的日益发展,它已成为地球科学、环境科学、农业和林业等领域的有力工具。
高光谱遥感技术的突出特点是获取高分辨率、高时空分辨率、高信噪比的数据。
这就使得高光谱遥感成为一种非常有效的方法,用于发掘和反演地面物质的影像和图像。
和其他遥感技术相比,高光谱遥感技术有更好的选择性和区分度,并且它对地面物质的某些特征具有很强的敏感度。
高光谱遥感技术的研究范围主要包括遥感数据的获取、处理和分析等方面。
其中,遥感数据的获取是高光谱遥感技术的基础,它可以通过卫星、飞机、地面站等各种方式进行。
无论采用哪种方式,高光谱遥感的数据获取都需要精确的定位系统,以获取准确的地理信息。
高光谱遥感技术的处理主要包括辐射校正、地物分类、光谱拟合等。
辐射校正的主要目的是修正由于数码相机和遥感仪器的光谱特性不一致而引起的误差。
地物分类则是将遥感图像中的像素根据特定的分类策略进行分类,以便进一步对地表覆盖信息进行分析和应用。
光谱拟合能够对地物的光谱特性进行模拟和预测,以便于对遥感图像的进一步分析和处理。
高光谱遥感技术的应用涉及到多个领域。
例如,在农业领域,高光谱遥感技术可以用于监测农作物的生长情况,识别病虫害的发生情况,帮助农民进行农业生产管理,减少农业生产的损失。
在林业领域,高光谱遥感技术可以用于监测森林植被的生长情况和病虫害的发生情况,提高森林资源的利用率和管理水平。
在环境科学领域,高光谱遥感技术可以用于监测河流、湖泊、湿地等水域环境的变化情况,帮助科学家了解自然生态系统的变化,为环境保护提供有力的数据支撑。
总之,高光谱遥感技术是一项在地球科学、环境科学、农业、林业等领域具有广泛应用前景的技术,它可以为我们提供丰富的地面物质信息,为人类社会的可持续发展做出贡献。
在将来,高光谱遥感技术的进一步发展将为我们提供更高精度、更可靠的数据和信息,支持更多的应用需求。
高光谱遥感在农作物生长监测的应用研究进展
高光谱遥感技术是一种通过记录不同波长光谱的能量反射来获取目标物体特征和信息的遥感技术。
随着农业现代化的不断推进,农作物的生长监测变得越来越重要。
高光谱遥感技术能够提供农作物生长过程中的细致信息,为农业生产提供了重要的数据支持。
本文将对高光谱遥感在农作物生长监测领域的应用研究进展进行探讨和总结。
一、高光谱遥感技术及其在农业中的意义
高光谱遥感技术是利用大气和地物在可见光、红外和短波红外等波段的吸收、散射、透射和反射的规律,通过检测和分析目标物体所反射的高光谱信息,从而获取目标物体的光谱特征参数,实现对目标物体种类、组分、结构及空间分布等信息的提取和识别。
在农业领域,高光谱遥感技术可以实现对农作物生长情况、营养状况、病虫害及环境胁迫等信息的获取,为农业生产提供了科学依据和技术支撑。
在农业生产中,通过利用高光谱遥感技术可以实现对不同农作物的生长状况进行实时监测和评估,为农业生产提供精准化的管理决策。
高光谱遥感技术还可以实现对农作物的营养状况进行监测和评估,为合理施肥提供科学依据。
高光谱遥感技术还可以实现对农作物病虫害及环境胁迫情况进行监测和早期预警,为农业灾害防控提供技术支持。
1. 高光谱遥感技术在农作物识别分类中的应用
高光谱遥感技术可以获取作物在不同波长下的反射光谱特征,通过光谱特征的差异实现不同农作物的识别分类。
通过多光谱和高光谱遥感数据获取和处理,可以实现对不同农作物的种植面积进行监测和评估。
研究表明,通过高光谱遥感技术可以实现对农田种植作物种类的自动识别和分类,提高了对农田的监测效率和准确性。
收稿日期:2003 09 05作者简介:杨哲海(1975 , 男, 辽宁沈阳人, 博士研究生, 主要从事战场信息资源、军事地形分析研究。
高光谱遥感技术的发展与应用杨哲海1, 韩建峰2, 宫大鹏2, 李之歆2(1 解放军信息工程大学测绘学院, 河南郑州 450052; 2 65015部队, 辽宁大连116023The Development and Application of Hyperspectral Remote Sensing TechnologyYANG Zhe hai, HAN Jian feng , GONG Da peng, LI Zhi xin摘要:高光谱遥感图像由于其高光谱分辨率的特点正在受到国内外的广泛关注。
主要介绍了国内外有关成像光谱技术的发展过程, 包括成像光谱仪的发展历程, 高光谱数据处理技术的发展现状, 对高光谱遥感技术在海洋遥感、地质勘探、军事等领域的应用, 做了较为详细的介绍。
最后对高光谱遥感的发展趋势作了展望。
关键词:遥感; 高光谱; 成像光谱仪中图分类号:P237 文献标识码:B 文章编号:1671 3044(2003 06 0055 051 引言在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相关发展状况及其在相关领域, 诸如海洋遥感、地质勘探、植被分析、军事应用等领域发挥的作用。
2 高光谱遥感简介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成像, 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。
高光谱遥感技术在测绘中的应用与发展趋势测绘是一门利用科学技术手段,收集、处理和展示地理空间信息的学科领域。
近年来,高光谱遥感技术的应用逐渐成为测绘领域的热点。
高光谱遥感技术以其高分辨率和丰富的光谱信息,在地球观测、环境监测、资源调查和农业等领域展现出巨大潜力。
本文将介绍高光谱遥感技术在测绘中的应用,并探讨其发展趋势。
一、高光谱遥感技术在地球观测中的应用高光谱遥感技术可以获取地球表面上丰富的光谱信息,可以探测到近红外、红外和可见光等不同波段的能量变化。
这种技术在地球观测方面具有广泛的应用。
例如,高光谱遥感技术可以监测冰川变化、测量海洋表面温度、识别陆地和水域边界等。
通过获取地表的高分辨率光谱信息,可以更准确地了解地球表面的变化和演变,为各个领域的研究提供可靠的数据支持。
二、高光谱遥感技术在环境监测中的应用环境监测是一项重要的工作,可以帮助我们了解自然环境的变化和健康状况。
高光谱遥感技术在环境监测中有着重要的应用。
通过获取高分辨率的光谱信息,可以识别和分析一些特定的环境问题。
例如,高光谱遥感技术可以用于监测水质,识别有害物质的污染源,提供环境保护工作的依据。
此外,高光谱遥感技术还可以用于监测大气污染物的分布和变化,帮助我们更好地研究和解决环境问题。
三、高光谱遥感技术在资源调查中的应用资源调查是指对自然资源进行勘测、评价和综合利用的过程。
高光谱遥感技术在资源调查中具有广泛的应用前景。
通过获取地表光谱信息,可以准确地判断地表覆盖类型和植被生长状况,为资源调查提供重要的数据支持。
例如,在林业资源调查中,高光谱遥感技术可以识别不同类型的森林植被,评估植被密度和生长状况。
这些信息对于合理保护和管理森林资源非常重要。
四、高光谱遥感技术在农业中的应用农业是人类的重要生产活动,利用高光谱遥感技术可以更好地管理和优化农业生产过程。
通过获取农田的高分辨率光谱信息,可以监测植物的健康状况、营养状态和生长情况。
这些信息对于实现精细化农业管理和提高农作物产量非常有益。
高光谱遥感在农作物生长监测的应用研究进展高光谱遥感技术是一种利用大气和地物的光谱特性进行观测和分析的遥感技术。
随着农业科技的发展和遥感技术的进步,高光谱遥感技术在农作物生长监测中得到了广泛的应用。
通过对农作物叶片光谱的观测和分析,可以得到农作物的生长状况、营养状况以及病虫害情况,为农业生产提供了重要的信息支持。
本文将综述高光谱遥感在农作物生长监测方面的应用研究进展,为今后相关领域的研究提供参考。
一、高光谱遥感技术在农作物生长监测中的原理和方法高光谱遥感技术是通过获取地物的高光谱信息,即在可见光、近红外和红外波段上的光谱反射率,来进行地物的分类和监测。
在农作物生长监测中,通过高光谱传感器获取农田的光谱反射率数据,并结合地面观测和实验数据,可以对农作物的生长状况、营养状况和病虫害情况进行监测和分析。
目前,常用的高光谱遥感技术包括光谱特征提取、光谱变换、光谱角成像和光谱混合像元分解等方法。
通过这些方法,可以获取农田的光谱信息,并进一步分析和提取有用的信息,为农作物生长监测提供支持。
1. 施肥管理高光谱遥感技术可以通过监测农田的光谱反射率,来判断农田的氮、磷、钾等营养元素的含量,并帮助农民进行施肥管理。
研究表明,通过高光谱遥感技术获取的农田光谱反射率数据,可以准确地反映农田的氮、磷、钾含量,为施肥管理提供了重要的信息支持。
2. 营养诊断农作物的生长和发育需要充足的营养元素,而营养不良会导致农作物的产量和品质下降。
高光谱遥感技术可以通过监测农田的光谱特征,来判断农作物的营养状况,为营养诊断提供了一种快速、非破坏性和大面积的监测手段。
通过高光谱遥感技术,可以及时发现农田的营养不良情况,并采取相应的补救措施,提高农作物的产量和品质。
1. 病害监测农作物的病害会导致农作物的减产和质量下降,对农业生产造成严重的影响。
高光谱遥感技术可以通过监测农田的光谱反射率,来判断农田的病害情况。
通过研究农田不同病害的光谱特征,并结合实地观测和实验数据,可以建立病害的光谱反演模型,实现农作物病害的遥感监测。
近时空高光谱遥感技术的研究与应用一、前言近年来,随着航空航天技术的不断发展和卫星遥感数据的完善,高光谱遥感技术(HSI)应用领域愈加广泛,包括农业、环境监测、地质勘探、资源开发与利用、城市规划等领域。
HSI 可以将物体的光谱特征信息转化为影像数据,从而避免了传统影像在信息提取过程中的误差。
本文将介绍 HS1 技术的定义、发展历程和核心原理,并探究如何将其应用于实际场景中。
二、HSI 技术的定义与发展历程高光谱遥感技术是一种较新的、多波段的遥感技术,它对于不同波段光的反射率、透射率和散射率进行分析,得到包含数十到数百个波段的连续光谱信息,以此对目标物体进行识别、分类、定量化等研究。
HSI 技术的出现最早可以追溯到 1970 年代,当时轨道干涉光谱仪(OASIS)首次被用于地球观测,从此 HS1 技术发展开始加速。
随着高速计算机的出现以及遥感卫星的日益成熟,HSI 技术的分辨率、精度、覆盖面积也不断提高。
20 世纪 90 年代,HSI 技术逐渐从实验室走向实际应用领域,主要应用于资源环境、农业、城市规划和自然灾害等领域,得到了较好的效果和广泛的应用。
三、HSI 技术的核心原理HSI 技术采用的是类似于光谱学分析的方法,主要是通过对物体在不同波长下反射和发射的光的特性进行分析,来得到该物体的光谱信息。
在遥感方面,以宽波段或不连续波段观测到的光谱信息不够充分,需要采集连续的光谱数据才能获得更多的信息。
常见的 HS1 数据采集设备包括航空相机、多光谱相机、高光谱相机和高光谱遥感卫星等。
具体来讲,在 HS1 技术中,由于研究对象的光谱信息比较复杂,需要对光谱曲线进行分析,以提取特征波段,分类目标物等。
为了解决光谱曲线的分析问题,常常需要采用主成分分析法和端元分解法来进行处理,这两种方法主要是对原始光谱数据进行压缩和简化处理,以获得更为简单、直观的光谱信息。
四、HSI 技术在农业领域中的应用HSI 技术在农业领域中的应用比较广泛,主要是用于农作物的种植与管理、水稻等作物的病虫害监测、土壤质量评估等方面。
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。
(3)地形要素分类识别方法灵活多样。
影像分类既可以采用各种模式识别方法,如贝叶斯判别、决策树、神经网络、支持向量机等,又可以采用基于地物光谱数据库的光谱匹配方法。
分类识别特征,可以采用光谱诊断特征,也可以进行特征选择与提取。
(4)地形要素的定量或半定量分类识别成为可能。
在高光谱影像中,能估计出多种地物的状态参量,提高遥感高定量分析的精度和可靠性。
2高光谱遥感的发展2.1高光谱遥感在国内的发展我国紧密跟踪国际高光谱遥感技术的发展,并结合国内不断增长的应用需求,于20世纪80年代中后期着手发展自己的高光谱成像系统。
主要的成像光谱仪有中科院上海技术物理研究所研制的推扫式成像光谱仪(PHI)系列、实用型模块化成像光谱仪(OMIS)系列、中科院长春光机所研制的高分辨率成像光谱仪(C2HR IS)和西安光机所研制的稳态大视场偏振干涉成像光谱仪(SLP IIS) 。
中科院上海技术物理研究所研制的中分辨率成像光谱仪(CMOD IS)于2002年随“神舟”三号发射升空,并成功获取航天高光谱影像,其获取影像从可见光到近红外共30波段,中红外到远红外的4波段,空间分辨率为500m。
2007年10月年发射的“嫦娥1号”卫星已携带中科院西安光机所研制的干涉成像光谱仪升空,用于获取月球表面二维多光谱序列图像及可分辨地元光谱图,通过与其他仪器配合使用对月球表面有用元素及物质类型的含量与分布进行分析,获得的数据用于编制各元素的月面分布图。
从2007年到2010年,我国将组建环境与灾害监测预报小卫星星座,将携带超光谱成像仪,采用0.45~0.95μm波段,平均光谱分辨率为5nm,地面分辨率为100m。
我国在积极研制具有自主知识产权的成像光谱仪的同时,在地物光谱数据技术、高光谱影像分析技术等方面的研究中也取得了部分的成果。
20世纪90年代初期,中科院安徽光机所、遥感所等单位对大量的典型地物进行了波谱采集,建立了我国第一个综合性“地物波谱特性数据库”。
1998年,中国国土资源航空物探与遥感中心建立了“典型岩石矿物波谱数据库”,其中包含了我国主要的典型岩石和矿物500余种。
2000年,中国科学院遥感所基于GIS和网络技术研制了典型地物波谱数据库及其管理系统,记录了10000多条地物波谱,并能动态生成相应的波谱曲线和遥感器模拟波段,实现了波谱数据库与“3S”技术的链接。
2.2高光谱遥感在国外的发展自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。
2.3高光谱遥感的发展前景美国的行星地球计划(MTPE)和地球观测系统(EOS)计划是全球性的,一直会延续到2014年以后。
这些计划的最终目的是评价各种地球系统过程,包括水文过程、生物地球化学过程、大气过程及固体地球过程。
成像光谱仪(星载)将成为这些计划实施中的关键仪器。
但是这种星载成像光谱仪仍会面临重大难题,如卫星飞行的高度和速度能引起从空间测量高质量光谱的困难,为精确的测量光谱、辐射值及空间位置的定标需要新的处理方法和能力。
因此,AVIRIS系统和其它航空成像光谱仪将会继续为科研与应用提供高质量的高光谱数据,并用来验证第一代星载成像光谱仪的工作性能。
对于现有的航空成像光谱仪技术系统亦需要完善。
例如,在传感器方面需要改善其获取数据的的性能,提高图像数据的信噪比,增强机上实时数据的处理能力;在数据分析处理方面,强调大气订正、信息提取技术,要求发展新算法和完善已有的算法,并向构成标准化应用处理算法软件包(工具)方向努力,特别是发展和完善那些针对高光谱海量数据和丰富光谱信息特点设计的算法和软件,以提高高光谱数据处理效率以及分析、研究和应用水平。
3高光谱遥感的应用领域3.1高光谱遥感在地质调查中的应用区域地质制图和矿产勘探是高光谱技术主要的领域之一,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。
3.2高光谱遥感在植被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。
3.3 高光谱遥感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。
3.4高光谱遥感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。