成像光譜儀

成像光譜儀

成像光譜儀,將成像技術和光譜技術結合在一起,在探測物體空間特徵的同時並對每個空間像元色散形成幾十個到上百個波段頻寬為10nm 左右的連續光譜覆蓋。它以高光譜解析度獲取景物或目標的高光譜圖像。在航空、太空飛行器上進行陸地、大氣、海洋等觀測中有廣泛的套用。隨後包括中國在內的許多國家都研製成功了一系列成像光譜儀,其中有以線陣探測器為基礎的光機掃描型,有以面陣探測器為基礎的固態推掃型,也有以面陣探測器加光機的並掃型。

簡介

成像光譜儀就是在特定光譜域以高光譜解析度同時獲得連續的地物光譜圖像,這使得遙感套用可以在光譜維上進行空間展開,定量分析地球表層生物物理化學過程參數

成像光譜儀成像光譜儀

背景

70年代末80年代初,在研究歸納各種地物光譜特徵的基礎上,形成這樣一個概念:如果能實現連續的窄波段成像,那么就有可能實現地面礦物的直接識別,由此產生了光譜和圖象結合為一體的成像光譜技術。1983 年美國噴氣推進實驗室研製出第一台航空成像光譜儀(AIS-1),隨後包括中國在內的許多國家都研製成功了一系列成像光譜儀,其中有以線陣探測器為基礎的光機掃描型,有以面陣探測器為基礎的固態推掃型,也有以面陣探測器加光機的並掃型。

性能參數

成像光譜儀主要性能參數是:(1)噪聲等效反射率差(NEΔp ),體現為信噪比(SNR);(2)瞬時視場角(IFOV),體現為地面解析度;(3)光譜解析度,直觀地表現為波段多少和波段譜寬。
高光譜解析度遙感信息分析處理,集中於光譜維上進行圖像信息的展開和定量分析,其圖像處理模式的關鍵技術有:⑴超多維光譜圖像信息的顯示,如圖像立方體的生成;⑵光譜重建,即成像光譜數據的定標、定量化和大氣糾正模型與算法,依此實現成像光譜信息的圖像-光譜轉換;⑶光譜編碼,尤其指光譜吸收位置、深度、對稱性等光譜特徵參數的算法;⑷基於光譜資料庫的地物光譜匹配識別算法;⑸混合光譜分解模型;⑹基於光譜模型的地表生物物理化學過程與參數的識別和反演算法。

高端的成像光譜儀採用了透射型體相全息衍射光柵,其在可見光到近紅外波段具有低雜散光、低吸收率特點;由於核心部分密封在玻璃或其它透明材質中,因此壽命長、容易清潔、抗刮檫,非常適合各種苛刻的野外的套用環境。

成像光譜儀工作方式主要為推掃式,為了實現掃描過程,一般利用外接掃描平台帶動光譜儀運行;由於掃描平台比較笨重,且增加了耗電量,給野外工作帶來諸多不便,所以現在最新型的成像光譜儀取消了掃描平台,改為內置式掃描設計,減輕了整機重量和能耗,而且可以直接進行垂直向下測量,更利於野外使用。

套用

高光譜解析度成像光譜遙感起源於地質礦物識別填圖研究,逐漸擴展為植被生態、海洋海岸水色、冰雪、土壤以及大氣的研究中。

成像光譜儀在高光譜測量的基礎上,具有圖譜合一的優勢,可以精確到葉片一個點去探測作物不同脅迫症狀的特徵,又可獲取受脅迫作物面狀的光譜信息,點面結合綜合地反映作物遭受脅迫的程度。所以,成像高光譜已經成為國內外研究的熱點,學者們利用高光譜成像技術定量化地提取作物所遭受的各種脅迫特徵,根據高解析度的圖像對葉片及葉片的局部區域進行分析,從而在更加微觀的尺度上進行機理探測研究。

正是因為成像光譜儀可以得到波段寬度很窄的多波段圖像數據,所以它多用於地物的光譜分析與識別上。特別是,由於成像光譜儀的工作波段為可見光、近紅外、短波紅外,因此對於特殊的礦產探測及海色調查是非常有效的,尤其是礦化蝕變岩在短波段具有診斷性和光譜特性。

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