2高光谱遥感成像系统.ppt

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Terra卫星上的另外一个传感器是热辐射及反 射探测器（ASTER），获取的数据广泛地应 用与反演陆面温度、比辐射率、反射率以及高 程信息等。
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2、Hyperion/EO-1
地球观测1号（Earth Observing-1）卫星系统 在2000年发射。
地球观测1号卫星将与LandSat-7覆盖相同的地 面轨道，两颗卫星对同一地物目标以几乎相同 的时间进行观测，从而可以对LandSat-7中的 ETM＋及EO-1中的三台主载荷获取的数据进 行对比。
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EO-1中的三台主载荷分别为先进陆地成像仪 （Advanced Land Imager，ALI），高光谱成像仪 （Hyperion）以及高光谱大气校正仪（Linear etalon imaging spectrometer array Atmospheric Corrector，LAC）。
Band centre (NM)
1 412.5
2 442.5 3 490 4 510 5 560 6 620
7 665
8 681.25
9 708.75
10 753.75 11 760.625 12 778.75 13 865 14 885 15 900
Bandwidth
(NM)
10
10 10 10 10 10
其中Hyperion用于地物波谱测量和成像、海洋水 色要素测量以及大气水汽/气溶胶/云参数测量等， 其性能比EOS Terra卫星上的MODIS要好的多。
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3.CHRIS卫星/Proba
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4、MERIS卫星/Envisat
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MERIS的15个波段的技术指标与应用目的
不成 像”的历史问题。
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特点1：高光谱分辨率高
光谱分辨率：遥感器能分辨的最小波长间隔， 是遥感器的性能指标。比如图中纵坐标（y轴） 表示探测器的光谱响应，横坐标（x轴）代表波 长，那么光谱分辨率被定义为仪器达到光谱响 应最大值的50%的波长宽度。
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空间分辨率：成像光谱仪的一个瞬间视场，即 在一瞬间遥感系统探测单元所对应的瞬间视场 （IFOV）。IFOV以毫弧度（mrad）计量，其 对应的地面大小被称为地面分辨率单元 （Ground Resolution Cell，GR）它们的关系 为：
新的成像光谱系统不仅继续在地质和固体地球领域研究中发挥作用， 而且在生物地球化学效应研究、农作物和植被的精细分类、城市地物 甚至建筑材料的分类和识别方面都有很好的结果。
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二.成像光谱仪的特点
与地面光谱辐射计相比，成像光谱仪不是在“点”上的光谱测 量，
而是在连续空间上进行的光谱测量，因此它是光谱成像的，与 传统多光谱遥感相比，其波段不是离散的而是连续的，因此从 它的每个像元均能提取一条光滑而完整的光谱曲线，如图所 示。成像光谱仪解决了传统科学领域“成像无光谱”和“光谱
aviris data
/html/aviris.freedata.html
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近年来，有代表性的新产品
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热红外成像光谱仪
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几种常见的航空高光谱成像仪
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2）航天成像光谱仪
在经过航空试验和成功运行应用之后，90年代末期终于迎来了高 光谱遥感的航天发展。1999年美国地球观测计划（EOS）的Terra 综合平台上的中分辨率成像光谱仪（MODIS），欧洲环境卫星 （ENVISAT）上的MERIS，以及欧洲的CHRIS卫星相继升空，宣 告了航天高光谱时代的来临。
研究大气、海洋、土壤等的辨别能力大有裨益。这就是人类最早的 多光谱成像（Multispectral imaging）。 1980年高光谱成像技术（Hyperspectral Imaging）诞生了，它最早 是机载的成像光谱仪（Airborne Imaging Spectrometer），如今已 拓展到先进的可见和红外成像光谱仪（AVIRIS），这两种最早都诞 生在NASA的JPL中心（NASA：美国国家航天航空管理局）。
GR = 2*tan(IFOV/2)*H
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时间分辨率：对同一地点进行遥感采样的时 间间隔，即采样时间的频率。
信噪比（SNR）：signal to noise ratio,遥感 器采集的信号和噪声之比。信噪比的高低直 接影响了图像分类和图像识别等处理效果。
在实际应用中，空间分辨率和光谱分辨率以 及信噪比是相互制约的，两种分辨率的提高 都会降低信噪比，那么必须综合考虑这三个 方面的指标，进行取舍。
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5.澳大利亚ARIES卫星
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6.日本ADEOS卫星
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其他大气环境探测专用航天成像光谱仪
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六、我国成像光谱仪的发展
1）航空成像光谱仪
80年代，研制和发展了新型模块化航空成像光谱仪（MAIS）。这一 成像光谱系统在可见—近红外—短波红外—热红外多光谱扫描仪集成 使用，从而使其总波段达到70—72个。
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历史发展
全色（黑白）--彩色摄影—多光谱扫描成像—高光谱遥感 1960年人造地球卫星围绕地球获取地球的图片资料时，成像就成为
研究地球的有利工具。 在传统的成像技术中，黑白图像的灰度级别代表了光学特性的差异
因而可用于辨别不同的材料。 对地球成像时，选择一些颜色的滤波片成像对于提高对特殊农作物、
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1. MODIS/Terra
中等分辨率成像光谱仪MODIS（moderate resolution Imaging Spectro-radiometer）是美国 宇航局发射的EOS-TERRA和EOS- AQUA卫星上 最重要的星载仪器。
MODIS从可见光到热红外有36个波段，波长覆盖 范围从0.4μm到14.4μm。
时间
噪声
输出图像
探测器
通道1
+
通道2
+
场景
通道K
+
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了解两个概念： 视场角：仪器在空中所扫描的角度，它决定
了地面的扫描幅宽。 凝视时间：仪器视场角扫过地面单元所持续
的时间。凝视的时间越长，进入探测器的能 量越多。光谱响应和图像的信噪比越高。
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空间维成像
通过飞行平台的平动和飞行平台上成像光谱仪的工作 模式来决定，常用的工作模式为摆扫型和推扫型。
高光谱仪器的研制成功，为中国遥感科学家提供了新的技术手段。通 过在我国西部干旱环境下的地质找矿试验，证明这一技术对各种矿物 的识别以及矿化蚀变带的制图十分有利，成为地质研究和填图的有效 工具。
此后，中国又自行研制了更为先进的推帚式成像光谱仪（PHI）和实 用型模块化成像光谱仪（OMIS）等。
1983年，世界第一台成像光谱仪AIS－1在美国研制成功，并在矿物 填图、植被生化特征等研究方面取得了成功，初显了高光谱遥感的魅 力。
在美国宇航局（NASA）的支持下，相继推出了系列成像光谱仪产品。 如：机载航空成像光谱仪（AIS）系列；航空可见光/红外成像光谱仪 （AVIRIS）；高分辨率成像光谱仪（HIRIS）等。
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80年代早期高光谱航天成像光谱仪
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AVIRIS
航空可见光/红外成像光谱仪AVIRIS。 80年代后期，美国喷气推进研究室（JPL） 制成机载可见红外成像光谱仪（AVIRIS） 的完整样机。该成像光谱仪可在0.4μm～ 2.45μm的波长范围获取224个连续的光谱 波段图像。波段宽度10nm。当飞机在20km 高空飞行 时，图像地面分辨率可达20m。
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2）干涉成像光谱仪
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五、高光谱成像光谱仪
1）航空成像光谱仪
20世纪80年代兴起的新型对地观测技术——高光谱遥感技术，始于成 像光谱仪(Imaging Spectrometer)的研究计划。该计划最早由美国加 州理工学院喷气推进实验室（Jet Propulsion Lab，JPL）的一些学者 提出。
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美国对航天成像光谱技术的研究一直遥遥领先，但是发展之路也并非一 帆风顺，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个波段涵盖了400-2500nm波段，不幸的是这颗 卫星控制出现问题，失去了动力，升空一个月后就偏离了轨道。2001年 的Orbview-4卫星发射失败，但是经过多年的努力，如今也有一些比较有 代表性的高光谱卫星。下面主要介绍美国及其他发达国家在高光谱遥感 卫星的情况：
为了给用户一个直观和形象的认识，通常我们在二维 图象信息的基础上，添加光谱维，形成一个三维的坐 标空间。
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OXY平面：与传统的图象平面相同，表示黑白单波 段图象，反应一个波段的信息。
OXZ平面：y方向的光谱切面 OYZ平面：x方向的光谱切面
它们代表一条直线上的光谱信息。
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MODIS的两个通道空间分辨率可达250 m，5个通 道为500 m，29个通道为1000 m，可同时获取地 球大气、海洋、陆地、冰川雪盖等多种环境信息， 有助于建立有关大气、海洋和陆地的动态模型， 以及建立预测全球变化的模型。
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MODIS技术指标表：
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MODIS波段分布和主要应用：
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Envi里面的实践环节
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四.光谱成像的方式
完成成像方式是一个集探测技术，精密光学机械，微弱信 号探测，计算机技术及信息处理技术等为一体的综合性技 术。其中硬件技术的成熟会不断推动成像光谱技术的提高， 因此有必要对于成像光谱的硬件技术进行了解。
高光谱遥感的成像包括空间维成像和光谱维成像。
1）摆扫型成像光谱仪 摆扫型成像光谱仪由光机左右摆扫和飞行平台向 前运动完成二维空间成像，其中线列探测器完成 每个瞬时视场像元的光谱维获取。