成像光谱技术1. 成像光谱技术发展简述光谱技术是指利用光与物质的相互作用研究分子结构及动态特性的学科，即通过获取光 的发射、吸收与散射信息可获得与样品相关的化学信息，成像技术则是获取目标的影像信息， 研究目标的空间特性信息这两个独立的学科在各自的领域里已有数百年的发展历史，但是 知道上个世纪六十年代，遥感技术兴起，空间探测和地表探测一时成为科学界研究的热点， 人们希望得到的不单纯是目标的影响信息或者目标的光谱信息，而是同时得到影像信息和光 谱信息，这一需求极大的导致了成像技术和光谱技术的结合，催生出了成像光谱技术所谓光谱成像技术，其本质是充分利用了物质对不同电磁波谱的吸收或辐射特性，在普 通的二维空间成像的基础上，增加了一维的光谱信息由于地物物质组成的不同，其对应的 光谱之间存在差异(即指纹效应)，从而可以利用地物目标的光谱进行识别和分类光谱成 像技术可以在电磁波段的紫外、可见光、近红外和中红外区域，获取许多窄并且光谱连续的 图像数据，为每个像元提供一条完整并且连续的光谱曲线图 1 成像光谱技术示意图图1.1就是成像光谱技术的示意图，成像光谱仪得到一个三维的数据立方体，从每个空 间象元都可以提取一条连续的光谱曲线，通过谱线的特征分析，继而用于后续的测探等目的。
2. 成像光谱仪的分类成像光谱仪是成像光谱技术发展的必然产物，是可以同时获取影像信息与像元的光谱信 息的光学传感器，是成像光谱技术得以实现的实物载体，根据不同的分类标准可以进行多种 分类，主要有以下几种：(1) 根据成像光谱仪的光谱分辨率不同，可以分为多光谱成像仪 (Multispectral Imager, MSI),高光谱成像仪(Hyperspectral Imager, HSI),超光谱成像仪(Hyperspectral Imager, USI)多光谱成像仪：获得的目标物的波段在3~12之间，光谱分辨率一般在lOOnm左右，主 要用于地带分类等方面word 格式-可编辑-感谢下载支持高光谱成像仪：获得的目标物的波段在 100~200 之间，光谱分辨率在 10nm 左右，被广 泛用于遥感中超光谱成像仪：获得的目标物的波段在 1000~10000 之间，光谱分辨率在 1nm 以下，通 常用于大气微粒探测等精细探测领域2) 按照分光原理的不同可以分为棱镜色散型、光栅衍射型、滤光片型、干涉型以及计算层 析型棱镜色散型和光栅衍射型分别是利用棱镜的色散和光栅的衍射来获取目标物的光谱，这 两类光谱仪都是直接型光谱仪，即可以直接得到目标物的光谱曲线，具有原理简单和性能稳 定等优点。
滤光片型光谱仪是采用相机加滤光片的方案，分光元件为滤光片，有多种形式，有线性 滤光片、旋转滤光片等这种光谱仪也是一种间接成像光谱仪，需要调制才能获得整个数据 立方体干涉型光谱仪是采用干涉仪实现两束相干光的干涉，从而获得目标物的干涉图该类型 的光谱仪其采集到干涉图和最终需要反演得到光谱图之间存在傅里叶变换关系，故其也称傅 里叶变换光谱仪3) 按照扫描方式不同，成像光谱技术可分为挥扫式(Whiskbroom)、推扫式(Pushbroom )和 凝视(St aring)成像光谱仪挥扫视：主要利用扫描镜，将空间信息按照一定的顺序输入，再由光谱仪对各点进行光 谱分光，这类光谱仪的探测器一般为线阵推扫式：采用一个垂直于运动方向的面阵探测器，先将扫描成像于光谱仪的狭缝上，在 通过运动获得另一维的光谱数据凝视型：无需探测器的运动，在任意时刻即可获取目标的二维空间信息以及一维光谱信 息此外，还有多种分类方法，比如按照数据称重理论和调制方式以及搭载平台的不同等等3. 成像光谱技术的应用成像光谱技术应用方向可以分为两大类：军用和民用在军用方面，由于成像光谱仪特 别是高光谱成像仪具有在光谱上区分地物类型的能力，因此它在地物的精细分类、目标检测 和变化检测上体现出较强的优势，成为一种重要的战场侦察手段。
早在 20 世纪末，美国军 方就有实验表明高光谱图像可以分辨出自然草地背景下的真实目标和虚假目标；沙漠背景下 可以快速的检测出战术小目标在民用方面，成像光谱仪广泛用在水体监测，矿物识别以及植物生态学等方面高光谱 数据的精细光谱分辨率可用于识别和估算水域中的叶绿素及悬浮物的含量，还可以监测水质 受到化学污染的情况；由于不同金属离子在电子跃迁时形成的典型光谱特征不同，可以监测 地下矿物，并能精确的绘制出不同金属分布的丰度图；着眼于大的方面高光谱遥感改善了认 识对植被的识别和分类精度，从细小的方面来看，高光谱技术可以检测到某个植物的叶子水 分、叶绿素、纤维素、木质素及其他成分，获得植物的精细生长状况，也别有利于检测病虫害的发生图 2 某地区的全色图像（左）和其高光谱图像（右）如图 2 所示，是拍摄到的某地区的全色图像和高光谱图像，图中圈出来的地方是待检测目标物，如图所示，左图无法检测出目标物而右侧的光谱图可以将目标物检测出来AVIRJS Mineral Mnp Ciilifbmifl Guklh Sup^rfuncl Site Leadville, ColoradoU.S- Cjflokigitnl Sun'cyMIixtuE:Ki.I IHAL.1加 Lmhj-llk图 3 利用成像光谱仪绘制的某地区矿物分布情况图 3 是利用成像光谱仪绘制的某地区矿物分布情况，不同的颜色代表不同的矿物质集群。