多光谱成像技术
摘要：在信息获取这一影响深远的科技领域中，多光谱成像技术有着极其重要的意义。多光谱成像与“遥感技术”分不开，随着遥感理论的进一步发展及光电技术的进展，焦平面探测器、CCD传感器、光学成像技术、信息融合处理技术的进步和应用，多光谱成像技术获得快速发展。它是在原有目标二维空间信息基础上再同时采集光谱特性、偏振特性等多维信息，从而大大提高了对目标的探测和辨别能力。
关键字：多光谱成像技术电磁波
一个完整的多光谱遥感应用系统包括以下几个部分：
（1）目标光谱特性研究。它是多光谱遥感应用的基础性工作，包括研究目标辐射和反射电磁波的特性、电磁波在大气中的传播以及和物体相遇时会发生的现象等。通过实验，测量收集和分析大量目标物体的特定光谱特征，如色彩、强弱等，找出不同物体之间光谱信息的细微差异，为目标的识别提供科学依据。
（2）信息获取设备。它用来接收目标和背景辐射和反射的电磁波，并将其转换为电信号和图像形式，是光电遥感技术最重要的部分，主要包括各种相机、扫描仪、成像光谱仪及各种信息记录设备等。此外，还包括把这些设备运送到适合进行探测的高度和位置的运载平台。（3）图像的处理和判读。对已获得的信息进行各种校正，去除某些失真、偏差、虚假的信号，还原成一个比较接近真实景象的信号，然后人工辨别或借助光学设备、计算机进行光谱特征分析比较，找出感兴趣的目标。
物体的光谱特性
任何有温度（大于0K）的物体，内部都具有热能。物体温度升高，热能增加，内部的某种运动状态上升到高能级的激发态；温度下降，运动状态从激发态回到低能级，并产生辐射，这就是自然界普遍存在的热辐射。热辐射遵循普朗克辐射定理。物体的辐射本领和它的表面状态、几何结构有关。
电磁波可以采用波长、相位、能量、极化（偏振）等物理参数来描述。电磁波在传播中遵循波的反射、折射、衍射、干涉、吸收、散射等规律。电磁辐射通过不同的介质时，其强度、波长、相位、传播方向和偏振面等将发生变化，这些变化可能是单一的，也可能是复合的。
电磁波按波长可分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等。如果用专门的传感器或探测设备，可探测到几乎所有波长的电磁波。多光谱成像技术中通常采用的波段为红外线、可见光、紫外线等。
当外来电磁波入射到一个物体表面时，会引起电磁波和物体间的相互作用，通常会产生三种现象。第一种是反射和散射，第二种是电磁波进入到物体内部而被吸收，第三种是电磁波穿透物体再次进入空间。根据能量守恒定律，上述三部分比例之和应该为1，即
ρ+α+τ=1
其中，ρ是反射率，α是吸收率，τ是透射率。
不同物体，组成它们的分子、原子、电子的数量、排列方式、能级间距等各不相同。它们的物理特性如大小、形状、密度、介电常数、表面粗糙度、光学性质、温度等也各不相同。因此，随物体性质的不同，它们对电磁波能量的反射、吸收、透射随波长的不同而不同。正是这些差别，构成了每一种物体特有的电磁波频谱特性，又称光谱特性。物体的光谱特性携带了该物体的特征信息，是用电磁波特征表征的物体的“指纹”。如果事先掌握了各种物体
的光谱特性，只要将仪器探测到的光谱信息与之比较，即可区分出物体的种类，这就是通过光谱特性识别物质的原理。
多光谱成像仪
多光谱成像仪是一种获取光谱特征和图像信息的基本设备，是光电遥感技术的核心。遥感探测设备分为主动探测和被动探测两类。多光谱成像仪多数属被动工作，按其工作方式的不同可分为光学成像和扫描成像两大类，光学成像又有分幅式多光谱相机、全景相机、狭缝式相机等；扫描成像有光机式扫描仪、成像光谱仪、成像偏振仪等。此外，还有不成像但也属光电遥感应用的光谱仪等。
不同类别的设备虽然工作方式、组成、结构不同，但其基本组成通常包括以下几个部分：（1）光学会聚单元。
（2）分光单元。
（3）探测与信号预处理单元。
（4）信息记录或传输单元。
常用的多光谱成像仪器有光学相机、红外扫描仪、多光谱扫描仪、成像光谱仪、光谱遥感仪、偏振成像探测设备等。
多光谱图像信息的处理
多光谱成像仪可获取大量的场景和目标物的原始数据，这些数据有胶片、模拟或数字格式的图像信息等。这些原始的图像信息需经信息处理中心作进一步加工处理，最后产生满足不同应用需求的产品，通常是清晰直观便于判读的图片。一种是根据所获图片，直接用人眼判断，找出图像中感兴趣的目标物信息，即目视判读；另一种是自动化程度高的计算机判读。
图像处理包括光学处理和数字处理两类。多数情况下，应先将图像信息数字化，然后在计算机中进行处理。有图像的预处理、图像增强、目标的特征提取等各种处理。
目前，人的目视判读仍是最主要的判读方法，计算机判读较为粗糙，但速度很快。
多光谱成像技术的应用
多光谱成像技术应用广泛，其在军事方面如导弹预警、侦查、海洋监视、制导、军事测绘、气象探测等已大量使用，在地质、资源调查、农林、水文、海洋、医疗、环境监测、科学试验等一系列领域也获得非常广泛的应用。
参考文献
[1]卢国铭,等.遥感技术基础.[M].北京:科学出版社,1984/
