[科普中国]-高光谱分辨率遥感

概述

高光谱分辨率遥感(Hyperspectral Remote Sensing) 的出现与应用已有二十多年的历史。它是在成像光谱学( Imaging Spectroscopy) 的基础上发展起来的。与传统的遥感相比， 高光谱分辨率的成像光谱仪为每一个成像象元提供很窄的(一般小于10nm) 成像波段，并且在某个光谱区间是连续分布的。因此，高分辨率传感器所获得的地物的光谱曲线是连续的光谱信号。这不只是简单的数据量的增加，而是有关地物光谱空间信息量的增加， 为利用遥感的技术手段进行对地观测， 监测地表的环境变化提供了更充分的信息， 从而也使得传统的遥感监测目标发生了本质的变化。按照信号处理的观点， 遥感所能区别的地物在光谱空间上应满足两个反射峰值得中心点的距离大于每一个反射波的半波宽, 传统的遥感由于可以看作是在光谱空间的离散采样， 因此所能区分的目标物一般是在波谱空间上具有明显得差异性， 如水体、植被、裸地等, 它们具有完全不同的光学行为， 而高光谱分辨率遥感由于满足连续性与光谱可分性的要求， 因此能够区别同一种地物的不同类别，如花旗松与美国巨杉，明矾石与高岭土 ，这无疑为遥感技术在环境调查中的应用提供了更为完整的理论基础和更加有力的方法,，同时也引起数据处理与信息分析技术的根本性的变化1。

特点相对于传统的低光谱分辨率的遥感技术相比， 高光谱遥感在对地观测和环境调查中提供了更为广泛的应用，主要体现在以下几个方面：

1) 地物的分辨识别能力大大提高， 并且可以区别属于同一种地物的不同类别，这在传统的低光谱分辨率遥感中是不容易实现的。同时由于成像光谱的波段变窄,，可选择的成像通道变多， 使得“异物同谱”与“同谱异物”的现象减少，只要波段的选择与组合得恰当，一些地物光谱空间混淆的现象可以得到极大的控制，这无疑为进一步的分析提供了最为可靠的保证。

2) 成像通道大大增加， 使得在处理不同应用的分析中，光谱的可选择性变得灵活和多样化， 这极大的增加了可以通过遥感手段进行分析的目标物的数量，如不同树种的识别，不同矿物的识别，使遥感技术应用的范围扩大。

3) 由于光谱空间分辨率的提高， 使得原先不可进行的应用方向成为可能， 如生物物理化学参数的提取，在利用高光谱数据进行有关植被叶绿素a、木质素、纤维素等生化分析, 取得了较好的结果, 为遥感技术的应用提供了新的研究方向。

4) 由遥感定性分析向定量或半定量的转化成为可能，传统成像遥感技术主要的应用是以定性化的分析为主，部分定量分析结果的精度并不理想， 这显然是由于成像传感器的光谱和空间分辨率、大气和土壤背景的干扰等限制有关，高光谱分辨率成像遥感首先突破了光谱分辨率这一个限制， 在光谱空间很大程度上抑制了其它干扰因素的影响，这对于定量分析结果精度的提高有很大的帮助2。

应用高光谱遥感是当前遥感技术的前沿领域，它利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体获得有关数据，它包含了丰富的空间、辐射和光谱三重信息。高光谱遥感的出现是遥感界的一场革命，它使本来在宽波段遥感中不可探测的物质，在高光谱遥感中能被探测。

国际遥感界的共识是光谱分辨率在λ/10数量级范围的称为多光谱(Multispectral)，这样的遥感器在可见光和近红外光谱区只有几个波段，如美国 LandsatMSS，TM，法国的SPOT等；而光谱分辨率在λ/100的遥感信息称之为高光谱遥感(HyPerspectral)；随着遥感光谱分辨率的进一步提高，在达到λ/1000时，遥感即进入超高光谱(ultraspectral)阶段(陈述彭等，1998)3。

典型遥感器美国：AIS，AVIRIS、 WIS（812波段）、PROBE、TEEMS、MODIS 、 Hyperion、 FTHSIAHI（256个热波段）、SEBASS（ 242个热波段）

· 澳大利亚：Hymap、ARIES、TIPS（100个热波段）

· 加拿大： CAS

· 德国：ROSIS

· 法国：IMS

· 芬兰：AISA

· 欧空局：CHRIS （2000年10月22日PROBA小卫星）

· 日本：GLI

· 中国：MAIS、PHI、OMIS-1（10个热波段）、CMODIS（神舟III号） 、Env-DD（环境灾害小卫星）