發(fā)展背景
70年代末80年代初,在研究歸納各種地物光譜特征的基礎上,形成這樣一個概念:如果能實現(xiàn)連續(xù)的窄波段成像,那么就有可能實現(xiàn)地面礦物的直接識別,由此產(chǎn)生了光譜和圖像結(jié)合為一體的成像光譜技術(shù)。1983 年美國噴氣推進實驗室研制出第一臺航空成像光譜儀(AIS-1),隨后包括中國在內(nèi)的許多國家都研制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(tài)推掃型,也有以面陣探測器加光機的并掃型。
性能參數(shù)和原理
成像光譜儀主要性能參數(shù)是:(1)噪聲等效反射率差(NEΔp ),體現(xiàn)為信噪比(SNR);(2)瞬時視場角(IFOV),體現(xiàn)為地面分辨率;(3)光譜分辨率,直觀地表現(xiàn)為波段多少和波段譜寬。
高光譜分辨率遙感信息分析處理,集中于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(guān)鍵技術(shù)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(shù)據(jù)的定標、定量化和大氣糾正模型與算法,依此實現(xiàn)成像光譜信息的圖像-光譜轉(zhuǎn)換;⑶光譜編碼,尤其指光譜吸收位置、深度、對稱性等光譜特征參數(shù)的算法;⑷基于光譜數(shù)據(jù)庫的地物光譜匹配識別算法;⑸混合光譜分解模型;⑹基于光譜模型的地表生物物理化學過程與參數(shù)的識別和反演算法。
高端的成像光譜儀采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;由于核心部分密封在玻璃或其它透明材質(zhì)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應用環(huán)境。
成像光譜儀工作方式主要為推掃式,為了實現(xiàn)掃描過程,一般利用外接掃描平臺帶動光譜儀運行;由于掃描平臺比較笨重,且增加了耗電量,給野外工作帶來諸多不便,所以現(xiàn)在最新型的成像光譜儀取消了掃描平臺,改為內(nèi)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,更利于野外使用。
應用
高光譜分辨率成像光譜遙感起源于地質(zhì)礦物識別填圖研究,逐漸擴展為植被生態(tài)、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(yōu)勢,可以精確到葉片一個點去探測作物不同脅迫癥狀的特征,又可獲取受脅迫作物面狀的光譜信息,點面結(jié)合綜合地反映作物遭受脅迫的程度。所以,成像高光譜已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點,學者們利用高光譜成像技術(shù)定量化地提取作物所遭受的各種脅迫特征,根據(jù)高分辨率的圖像對葉片及葉片的局部區(qū)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(shù)據(jù),所以它多用于地物的光譜分析與識別上。特別是,由于成像光譜儀的工作波段為可見光、近紅外、短波紅外,因此對于特殊的礦產(chǎn)探測及海色調(diào)查是非常有效的,尤其是礦化蝕變巖在短波段具有診斷性和光譜特性。
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