什麼是高光譜遙感？技術特徵，應用程序

August 23, 2024

高光譜遙感是遙感技術的當前邊界，從感興趣的對像中使用許多非常狹窄的電磁波帶以獲取相關數據，其中包含大量的空間，輻射和頻譜三重信息，而這些信息的發展是一場革命在遙感中，但也引起了數據處理和信息分析技術的根本變化，因此可以檢測到高光譜遙感中的寬波段遙感中的原始感應。那麼什麼是高光譜？它從可見的太陽帶開始。

為什麼世界是多彩的？

無論是天空的南部還是季節的變化，為什麼我們認為世界如此豐富多彩？雨天后清除的彩虹可以幫助我們解決答案。陽光實際上是混合彩色的光，通過空氣中的水滴散射被分解成彩色的單色光，構成了我們眼睛所感知的所有顏色，光的這一部分被定義為太陽的可見波長。

除此之外，太陽的光還含有紫外線和紅外波長中的光。但是，我們的眼睛的光線也是一種複雜的光顏色，其中包含數千個頻帶，遠遠超出了人眼的極限。同時，不同的物體由不同的元素及其化合物組成，材料的結構也不同，這導致物體表面上反射或散射光的波長也顯示出特異性。在不同狀態的光反射或散射能力的不同狀態下的不同對像是不同的，但也使對象具有不同的顏色或光譜特徵，就像“指紋”諸如“指紋”信息之類的指紋，它可以區分特徵和大氣組成中的特徵和大氣組成很好的方法。這種物質的獨特光譜特徵構成了識別和分析遙感科學中不同對象的特徵的基礎。

different bands of sunlight

為了準確獲取不同波長頻段中的光信息，衛星的光學遙控傳感器連續採用了多光譜成像技術和高光譜成像技術，在該技術中，從物體反射或散射的光被分為特定的波長，通過濾波器的特定波長頻段，確定棱鏡，光柵和其他拆分設備以及目標，並根據從地面或大氣反射或散射中獲得的光譜特徵信息來量化遙感。

最初，對地面的遙感使用了多光譜成像技術系統，通常只有幾個通道，每個通道都包含具有數十納米寬的波長的光學信息，並且可以在紅外和紫外線方向上實現光譜檢測能力。但是，對於不同狀態下的類似物體或物體，其反射光譜的特徵峰通常是相似的，如下圖所示，在960納米時，四種樹種的特徵峰僅略有不同，以便為了區分不同樹種的類別，需要少於十納米的光譜分辨率；例如，對於岩石的分類和鑑定，農作物中有害生物和疾病的發生，土壤已翻新以耕種，以及植物群或藍細菌的爆發，例如，用於分類和鑑定岩石，農作物害蟲和植物，農作物捕撈和鑑定疾病，土壤翻新和耕種，水綻放或藍細菌暴發，空氣污染和其他問題，這些問題僅在光譜中反映在幾種變化的幾納米中，傳統的多光譜檢測手段過於覺，並且識別成功率不高。。

隨著1970年代高光譜遙感技術的發展，光學遙感領域經歷了革命性的變化，並逐漸形成了流行的邊境技術領域。高光譜遙感技術是一項基於許多窄帶圖像數據的技術，該技術將成像技術與光譜技術結合在一起，以檢測目標的二維幾何空間和一維光譜信息，並獲得連續的，狹窄的波段具有高光譜分辨率的圖像數據。高光譜成像技術正在迅速發展，常見的成像包括光譜光譜，聲學可調濾光度光譜，棱鏡光譜和芯片塗層。

高光譜遙感的技術特徵是什麼？

高光譜（（高光譜攝像頭）單通道帶很狹窄，其光譜分辨率與納米（NM）的數量級（通常小於10 nm）一樣高，光譜通道的數量達到了數十個或什至數百個，以獲得數百個頻譜通道的數量連續的材料反射 /連續光譜數據的散射，可以在可見，近紅外，中紅外和熱紅外波長頻段以及高光譜數據採集的範圍內實現。

與傳統的多光譜遙感技術區分開來，根據顏色差異來區分目標，高光譜遙感技術可以在光譜空間中實現離散的採樣，並且可以區分的目標通常是光譜空間明顯差異的目標，例如水體等明顯的差異。，植被和裸露地面。高光譜遙感是一項多維信息採集技術，結合了成像技術和光譜技術，可以同時獲取目標的二維空間信息和三維光譜信息，並通過通過材料的形態來分析材料的組成信息光譜曲線以識別目標以及目標特徵，該曲線可以區分相同特徵的不同類別。根據不同的應用程序方案，頻譜的選擇性變得靈活和多樣化，這提高了區分和識別特徵的能力，有效地區分了屬於相同特徵的不同類別，實現了“相同特徵的不同光譜”和“相同類型的光譜的不同特徵”，並減少了特徵的光譜空間混亂現象，例如不同樹種的現象。它可以減少特徵光譜空間混亂的現象，例如不同樹種和不同礦物質的識別；同時，高光譜數據可用於提取生物物理和化學參數，以及葉綠素A，木質素和植被纖維素的生化分析。

高光譜遙感技術的開發使遙感從定性分析到定量或半定量轉化，傳統成像遙感技術的主要應用是基於定性分析，這是結果準確性的定量分析結果的一部分不是理想，這顯然與成像傳感器的光譜和空間分辨率，大氣和土壤背景的干擾以及其他局限性有關，高光譜分辨率成像遙感首先通過一個極限光譜分辨率成像遙感的光譜分辨率斷開。突破光譜分辨率的局限性，這在很大程度上抑制了光譜空間中其他令人不安的因素的影響，這對提高定量分析結果的準確性非常有幫助。

什麼是高光譜應用？

與高分辨率和多光譜圖像相比，高光譜圖像具有較高的光譜分辨率和許多頻段，這些圖像可以獲得幾乎連續的特徵特徵曲線，並且可以根據突出介紹目標特徵的需要選擇或提取特定的頻段；量化的連續光譜曲線數據為將圖像分類引入特徵的光譜機理模型提供了條件，該模型包含豐富的輻射，空間和光譜信息，並且是多種信息的綜合。它包含豐富的輻射，空間和光譜信息，並且是各種信息的全面載體。高光譜圖像被廣泛用於地貌映射，資源探索，農業遙感，環境遙感，林業監測，土壤遙感，水色遙感和大氣科學的領域。

1.特徵分類的遙感

該圖顯示了高光譜遙感者獲得的迪拜沿海地區的高光譜數據，這些傳感器可以準確地識別主要特徵類別的信息，例如水體，建築物，道路，裸露的土壤等，並可以通過特徵分類，並且可以是細分為每個主要類別的3〜5有效子類別，還可以識別遠處海洋的船隻信息。

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2.礦石探索

高光譜遙感技術可以增強地質探索。基於對獲得岩石的光譜曲線的分析，可以知道礦物分佈的類型和該位置的面積。該圖表明，高光譜遙感數據有效地提取了青海杜蘭地區的兩種礦物質信息，在MNF轉化後，它增強了對岩性和構造地質信息的識別。

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3.水環境的遙感

由於水植物和水盛開的光譜與植被光譜之間的一定相似性，因此常用的多光譜遙感數據很難準確地識別出水綻放和水發電廠，只有高光譜遙感數據才能捕獲複合物和可變的水盛開，水廠和水體之間的詳細光譜差異，以便準確地識別水植物。該圖顯示了由衛星傳播高光譜遙控傳感器獲得的雲南Dianchi區域水體的環境圖，這些傳感器可以清楚地識別有色溶解的有機物（CDOM），葉綠素A（CHL-A），並懸浮固體濃度（TSM）在水體中。同時，在圖像中也可以清楚地識別出小河和湖泊的水質參數。

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4.大氣遙感

甲烷點源排放的遙感監測使用高光譜遙感數據在利比亞和美國進行了優化的甲烷柱濃度反轉算法。圖（a）顯示了利比亞Dor Marada油中監測甲烷洩漏的結果，圖（b）顯示了監測美國DCP中游油井中甲烷洩漏的結果監視該地區清晰的甲烷發射羽。