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高光谱简介高光谱遥感的基本概念高光谱遥感器及平台高光谱遥感技术高光谱遥感技术应用4123目录高光谱遥感的基本概念从嫦娥一号说起MoonObserving嫦娥一号的高光谱干涉成像光谱仪光学遥感的发展阶段•国际遥感界认为光谱分辨率在10-1λ数量级范围内的为多光谱遥感(Multispectral)；•光谱分辨率在10-2λ的遥感信息称之为高光谱(Hyperspectral)遥感。•随着遥感光谱分辨率的进一步提高，在达到10-3λ时，遥感即进入了超高光谱(Ultraspectral)阶段。高光谱与传统光谱比较传统光谱高光谱波段数少非常多分辨率100nm一般10~20nm个别达2.5nm图谱分离合一通道是否连续不连续连续不同地物的光谱曲线单个象元的光谱曲线波段方向扫描方向航向高光谱图像立方体1.有利于利用光谱特征分析来研究地物2.有利于采用各种光谱匹配模型3.有利于地物的精细分类与识别优点：高光谱与传统光谱比较明矾在高光谱和多光谱上的光谱区别高光谱遥感的基本概念高光谱遥感器及平台高光谱遥感技术高光谱遥感技术应用4123目录窄波段CCD相机•获得的高空间、高光谱分辨率图像空间分辨率2.4mm,光谱分辨率10nm土壤小麦小麦成像光谱仪示意图航空高光谱仪PHI高光谱技术所获取的图像包含了丰富的空间、辐射和光谱三重信息，因而在地质、农业、植被、环境、城市、军事、水文、大气等方面都有巨大的应用前景。我国在中科院遥感所和上海技物所等单位的协作下，发展的OMIS，MAIS，PHI等航空高光谱成像仪也达到了很高的水平。PHI推扫式成像仪2000.6日本长野实验，具有80个波段的PHI高光谱图像立方体OMIS系统128个波段MAIS系统ModularAirborneImagingSpectrometer云南腾冲火山群国际上部分成像光谱仪一览表遥感平台-航空平台•1、中国科学院遥感飞机一CessnaCitationS/II•2、运5，常州•3、GYRO稳定平台•4、空中国王，日本名古屋遥感平台-航天平台EO-1发射于2000年11月21日EO-1的轨道位于LS-7的东侧，比LS-7晚一分钟经过同一地面轨迹。EO-1中的三台主载荷分别为：高级陆地成像仪(AdvancedLandImager，ALI)；高光谱成像仪(Hyperion)；高光谱大气校正仪(LinearetalonimagingspectrometerarrayAtmosphericCorrector，LAC)。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。优点：具有高光谱影像；波段数非常多；为特定的研究项目提供了良好的数据基础。不足：数据量不多；单幅覆盖范围较小；数据获取不灵活；用户使用量较小。高光谱成像光谱仪（Hyperion）Hyperion传感器是第一台星载高光谱图谱测量仪，也是目前唯一在轨的星载高光谱成像光谱仪和唯一可公开获得的高光谱测量仪，意义重大。波段：共有242个波段,光谱范围为400～2500nm,光谱分辨率达到10nm。地面分辨率：30m幅宽：7.7km高级陆地成像仪（ALI）可以认为是NASA针对LandsatTM和ETM的替代数据。它的技术性能和指标与Landsat7的ETM+保持了连贯性，并在光谱分辨率和数据质量上有了很大提高。波段：共10个波段，覆盖可见光、近红外、短波红外和热红外，波长范围和空间分辨率都与ETM+完全相同。地面分辨率：多光谱波段30m、全色波段10m幅宽：37kmALI10米全色ALI30米多光谱高光谱遥感的基本概念高光谱遥感器及平台高光谱遥感技术高光谱遥感技术应用4123目录高光谱遥感技术—光谱匹配分类技术231从图像的反射光谱出发，将像元光谱数据与光谱数据库中的标准光谱响应曲线进行比较搜索，并将像元归于与其最相似的标准光谱响应所对应的类别，这是一个查找过程。利用光谱数据库中，将具有某种特征的地物标准光谱响应曲线当作模板与遥感图像像元进行比较，找出最相似的像元并赋予该类标记，这是一个匹配过程。根据像元之间的光谱响应曲线本身的相似度，将最相似的像元归并为一类，这是一种聚类过程。•从概念上出发，光谱匹配主要有以下三个步骤：红葡萄李子桔子草莓红苹果樱桃梨青葡萄试验区假彩色合成图最大似然法分类图二值编码匹配分类光谱角度匹配分类几种分类方法的分类结果精度比较高光谱遥感的基本概念高光谱遥感器及平台高光谱遥感技术高光谱遥感技术应用4123目录农业-农作物的识别和品种划分•Precisionagricuture•依靠参数反演来获取作物长势、水肥亏缺状况、营养组分含量、品质产量、病虫害农业-农作物的识别和品种划分不同成熟度的水稻和不同深浅的水域分类农业-农作物的识别和品种划分蓝：水稻；绿：红薯；红：大豆水稻地块的提取:利用图像重建光谱匹配利用地面光谱匹配分类地质•蚀变带是找矿的重要依据，蚀变带在2.2微米处具有光谱吸收特征，其吸收光谱的半带宽在10纳米到50纳米之间，因此，具有10纳米光谱分辨率的成像光谱仪就有能力直接通过遥感发现蚀变带，以确定找矿的靶区。•通过对植被光谱特征的分析也是找矿的依据，由于矿物中金属离子对植被的侵蚀，会引起植被的病变，使得植被近红外高反射峰就会向短波方向移动5-20纳米，成为“红边蓝移”现象。高光谱遥感就有能力发现这种现象。地质黄铁矿黄钾铁矾矿针铁矿和黄钾铁矾针铁矿赤铁矿植被生态学•植被群落、植被种类的分类与识别；•冠层结构、状态或活力的评价、冠层水文状态与冠层生物化学性质的估计；•近年来植被冠层的生物物理化学信息的反演是高光谱植被遥感的研究热点之一，植被冠层的物理和化学特性控制着植被的净生产力，它们对于描述和模拟生态系统的物质和能量循环以及生态模拟输入均有重要意义。•研究表明，叶片的基本生物物理化学成分，如：叶片水分、叶绿素、氮、木质素、淀粉等的含量与光谱吸收特征之间存在密切关系。沿海及内陆水域环境中应用•估算和分析水域中的吸收和散射成分（这些成分主要包括水体中的叶绿素、浮游生物、不可溶解的有机质、悬浮沉淀物、基底物质组成、半淹没水生植物等）；•用于识别和估算水域中叶绿素、黄色物质及悬浮物的含量并且用于水质监测。•通过高光谱遥感对叶绿素估算，监视浮藻生长、浮游生物的分布和鱼群位置，估算浮游生物的生物量和第一生产力。土壤研究中应用•连续窄带短波红外光谱信息，为土壤评价与监测提供了强有力的工具。•高光谱分辨率遥感作为一种手段可以用来提供土壤表面状况及其性质的空间信息，亦可用来评价探测土壤性质细微差异的潜力。•高光谱在土壤研究中的价值主要在于土壤类型的填图、土壤中矿物成分定量鉴别、土壤湿度、土壤有机质、土壤侵蚀以及土壤退化监测，从成像光谱图像定量反演土壤物理化学参数，对土壤潜在生产力评价以及监测由于风蚀、水侵、盐碱化、沙漠化造成的土地退化现象。大气研究中应用•对水蒸气、云和气溶胶的分析研究。冰雪研究中应用冰雪以覆盖度、粒径、地表液态水含量、混杂物、和深浅等性质在AVIRIS光学图像上得到反映（浦瑞良等，2000）。雪粒大小信息可从AVIRIS光谱中提取（Nolin&Dozier,1993），雪化后的液态水能改变雪的太阳反射光谱。全球环境研究中应用•随着成像光谱技术进入航天遥感，成像光谱技术将成为全球变化研究的有力工具。•低空间分辨率的MODIS将对全球宏观环境进行综合观测，高空间分辨率的HIRIS以及AVIRIS的代表的航天成像光谱仪将致力于海洋监测。主要方面有：大气圈化学、大气和海洋、冰雾圈、海洋生海学过程、植被生态过程、固体地球、生物地球化学元素循环，脆弱生态系统（湿地海岸带。沙漠化等）。城市研究中应用•从物质组成成分上对城市进行土地覆盖分类，进而通过相关分析获得城市社会、经济活动的有关信息。•城市环境是人工环境与自然环境的综合体，人类的社会活动使得城市下垫面的组成成分复杂多样，光谱特性复杂，而且在自然界与人类活动的共同作用下，地表组成均质性较差，这就给利用遥感手段进行城市用地分类和建筑物分类带来一定的困难。•利用航片或是常规的MSS、TM.、SPOT等遥感数据难以反映复杂多样的城市覆盖类型，不利于精细分类。高光谱成像光谱技术正好可以弥补这一缺陷，而且能用低空飞行获取数据，获取高空间分辨率的图像，可以很好地满足城市用地和建筑物分类的需要。Q&A