高光譜成像技術有什麽用？高光譜成像技術的應用行業

高光譜成像技術是一種新型的檢測技術，它結合了光學、光譜學和成像學等多個學科的知識，能夠獲取目標的高光譜信息，包括其反射、輻射和散射等特性。那麽，高光譜成像技術有什麽用？本文簡單介紹了高光譜成像技術的應用行業。

在大氣科學研究中的應用

高光譜成像具有非常高的光譜分辨率它不僅可以探測到常規成像更精細的被探測物的信息，而且也能探側到大氣吸收特征。

大氣的分子和粒子的成份在反射光譜波段反映非常的強烈能夠被高光譜儀器監測到。雲蓋製圖，雲頂高度和雲層狀態參數估算，大氣水汽含量與分布估算，氣溶膠含量估計以及大氣光學特性評價等是高光譜成像技術在大氣研究中的突出應用。利用高光譜數據在準確探測大氣成分的基礎上，不僅能提高天氣預報、災害預警等的準確性更能提高其可靠性。

例如：在國內，劉金濤等人提出了一套高光譜分辨率激光雷達係統，用於同時測量大氣風和氣溶膠的光學性質，該係統可以分離大氣氣溶膠和分子散射，可以直接反射出大氣的後向散射比和氣溶膠的後相散射係數，同時采用雙邊緣監測技術，可以獲得高精度的大氣風速信息。

對於冬季覆蓋北半球麵積 30 %以上的冰雪，通過成像光譜的模擬試驗，特別是在1.0～1.3μm光譜範圍的波段，可以獲得對冰雪粒徑大小的識別，Anne等人利用航空成像光譜儀AVIRIS中心在1.03μm的波段與冰雪顆粒關係進行冰雪顆粒填圖，並提出波段麵積標尺法，解決了信號建立在單波段上易受到傳感器噪聲影響的缺點。

在城市下墊麵特征和環境研究中的應用

由於人類活動、城市下墊麵特征與環境顯得異常複雜，同物異譜、同譜異物 及混合像元現象也非常嚴重。而高光譜成像的發展使得人們有能力對城市地物 的光譜特性進行深入研究，人們用實驗室光譜、地物光譜、航空和航天的高光譜遙感器對城市的光譜進行了一係列的深入分析。研究的內容包括城市地物的光譜 特性及可分性，為城市環境遙感分析及製圖提供基礎。城市遙感研究中，由於城市下墊麵地物類型繁多，而且許多地物類型的光譜曲線相似性很高，所要想很精 確的區分出城市地物，診斷出微小的吸收波段是必要的，這對高光譜數據的圖像光譜質量提出了很高要求。

例如：國內劉建貴等人，利用高光譜數據結合光譜檢測算法，對城市地物分類進行了研究，將高光譜分辨率的PHI成像光譜數據和高空間分辨率的彩紅外照 片結合，利用高空間分辨率圖像數據的高幾何清晰度，檢測出城市各地物的輪廓線，以此形成多邊形圖斑，然後利用高光譜數據的光譜信息，針對每一個圖斑進行統計分析與分類，以確定它的類別歸屬，最終可產生很規範的地物圖斑邊界，將圖像分割為水體及陰影、植被、瀝青表麵、水泥表麵、大理石表麵和裸土6大類典型地物。

在海洋及內陸水環境監測中的應用

高光譜成像是當前海洋成像前沿領域。由於中分辨率成像光譜儀具有光譜覆蓋範圍廣、分辨率高和波段多等許多優點，因此已成為海洋水色、水溫的有效探測工具。它既可用於海水中葉綠素濃度、懸浮泥沙含量、某些汙染物和表層水溫探測，還可用於海冰、海岸帶等的探測。

國內海洋遙感應用基礎研究主要是一些數學模型的構建。關於如何解決水體的低反射率、大氣對藍紫波段光譜的散射影響等難題的研究還未涉足。在海洋水質監測應用方麵，隻有可見光光譜能夠觀測水下的狀況。另外，陸源汙染、海水養殖、灘塗等海岸帶典型要素的光譜特性研究工作也在開展，研究人員以航空高光譜圖像為數據源，選取陸源汙染、海水養殖、灘塗為監測要素，進行上述要素的光譜波段敏感性研究，試獲得其探測的最佳波段，並進一步發展準確、快速識別和探測技術。在海洋表麵溫度測量、海洋表層懸浮泥沙濃度的定性或半定量的觀測、海洋動力現象的研究等方麵都開展了相應的研究。

現在國際上開展的主要研究有:海洋碳通量研究；海洋生態係統與混合層物理性質的關係研究；海岸帶環境監測與管理。

在植被與生態研究中的應用

高光譜超多波段的成像光譜數據為植被分類識別提供了比以往更加詳細的信息，基於高光譜成像的植被識別精度遠遠超出了常規所能獲取信息的精確性和可靠性，體現出高光譜在植被信息獲取能力方麵的巨大優勢。

高光譜成像還應用於生態環境梯度製圖、光合作用色素含量提取、植被幹物質信息提取、植被生物多樣性監測、土壤屬性反演、植被和土地覆蓋精細製圖、土地利用動態監測、礦物分布調查、水體富營養化檢測、大氣汙染物監測、植被覆蓋度和生物量調查、地質災害評估等等。

植被高光譜數據，按獲取方式的不同，采用相應的高光譜信息處理技術處理後可用於植被參數估算與分析，植被長勢監測及估產等領域。另外，高光譜的出現使植物化學成分估測成為可能。 

例如：1995年12月，中國科學院遙感應用研究所與國外合作采用模塊化航空成像光譜儀( MAI S)與地麵同步光譜測,開展了濕地植被高光譜遙感監測實驗。吳長山利用高光譜數據對導數光譜與群體葉綠素密度做相關分析，選取相關關係最高的波段與導數光譜進行線性擬合，估算葉綠素密度。

在地質礦產調查中的應用

區域地質製圖和礦產勘探是高光譜技術主要的領域也是高光譜成像應用中最成功的一個領域。如今地麵光譜儀主要有澳大利亞的PIMA，美國的ASD，GER,熱紅外FT-IR等，國內的有中科院研發的OMIS係列，PHI等。

利用高光譜遙感（含熱紅外高光譜）進行礦物識別可分為3 個層次：礦物種類識別、礦物含量識別和礦物成分識別。

① 基於單個診斷性吸收的特征參數；

② 基於完全波形特征；

③ 基於光譜知識模型）在礦物識別和礦物精細識別的基礎之上，根據礦物共生組合規律和礦物自身的地質意義指示作用，直觀地反演各種地質因素之間的內在聯係，可提高高光譜在地質應用中分析和解決地質問題的效能。

隨著高光譜遙感地質應用的不斷擴展和日益深入，高光譜遙感技術和方法也在不斷改進。近年來在基於高光譜數據的礦物精細識別、高光譜影像地質環境信息反演、基於高光譜遙感的行星地質探測等方麵取得了突出的進展。高光譜遙感在地質成因環境探測、蝕變礦物與礦化帶的探測、成礦預測、岩性的識別與分類、油氣資源及災害探測、高光譜植被重金屬汙染探測等方麵也有應用。

例如：國內也開展了類似的研究。謝紅接等運用 MAIS數據做了試驗性研究 工作，提取了研究區域的鈾礦特征信息(如蝕變和礦化等)。萬餘慶等運用OMISI數據確定了燒變岩中3價鐵離子含量與某些波段反射率的定量關係，提出了利用 高光譜遙感圖像提取3價鐵離子的方法。張宗貴等利用HyMap數據，開展了基於地物光譜特征成像光譜遙感礦物識別方法研究，有效地填繪出了礦物在該航帶上的分布情況。甘甫平等利用成像光譜遙感技術識別和提取了礦化蝕變信息。王青華等運用 MAIS影像數據，采用不同的圖像處理方法，較好地提取了岩石信息，達到較準確識別岩類目的。王晉年等在新疆阿克蘇柯坪進行油氣勘探研究中，根據礦物吸收指數成功地區分了該地區從寒武、奧陶、誌留、泥盆到二疊係的地層。

在軍事中的應用

高光譜影像由於其具有的豐富地麵信息，從一開始就被應用於軍事領域，並在實際應用中表明這種光譜成像技術在軍事上具有很高的應用價值，因而軍用衛星上采用這種遙感器的趨勢正在快速增長。

在軍事偵察、識別偽裝方麵，它能夠根據目標與偽裝材料不同的光譜特性，利用成像光譜儀可以從偽裝的物體中自動發現目標；在調查武器生產方麵，超光譜成像儀不但可探測目標的光譜特性、存在狀況，甚至可分析其物質成分，從而可采集工廠產生的煙霧，直接識別其物質成分，判定工廠生產的武器，特別是攻擊性武器。在海軍作戰方麵，目前美國海軍設計的超光譜成像儀，可在0.4μm～2.5μm光譜範圍內提供210個成像光譜數據，可獲得近海環境目標的動態特性，例如海水的透明度、海洋深度、海洋大氣能見度、海流、潮汐、海底類型、生物發光、海灘特征、水下危險物、油泄漏、大氣中水汽總量和次見度卷雲等成像數據，這對海軍近海作戰有十分重大的意義。