高光譜遙感影像技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用

摘要：遙感作為一種常用的地質(zhì)勘查技術(shù)，具有更為分辨率高、圖譜合一等優(yōu)勢和特點(diǎn)。因此被廣泛地應(yīng)用到地質(zhì)、環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)林資源調(diào)查、海洋研究等等方面。本文在參考國內(nèi)外研究文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，闡述了高光譜遙感的特點(diǎn)、優(yōu)勢，對高光譜遙感影像技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，探討該技術(shù)在經(jīng)濟(jì)、軍事以及在航空及航天領(lǐng)域的發(fā)展情況，同時(shí)指出了目前高光譜遙感衛(wèi)星技術(shù)應(yīng)用存在的主要問題與發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：高光譜遙感；應(yīng)用

基金項(xiàng)目：蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院 院級課題《基于圖的半監(jiān)督高光譜影像分類 》（編號：Z2015-09；項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：李斐斐）

高光譜遙感又稱為成像光譜遙感，主要是根據(jù)不同物質(zhì)所反射出的光譜特征，通過數(shù)據(jù)識別物質(zhì)屬性，極大地提升了遙感技術(shù)在分辨率方面的精確度。高光譜遙感與普通遙感技術(shù)的顯著差異在于能夠形成更加完整的光譜數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)從遠(yuǎn)距離而又不接觸物質(zhì)開展探測工作。所以高光譜遙感是一項(xiàng)重要技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了地物屬性信息的量化提取。

一、高光譜遙感的概念

高光譜遙感所獲得的分辨率較高，這也是高光譜能夠精確識別地表物質(zhì)成分的核心優(yōu)勢。成像光譜儀在空間成像的同時(shí)，能夠以相同的空間分辨率記錄下成百個光譜通道數(shù)據(jù)，從而有效豐富了圖像空間幾何信息及光譜信息，在將這些信息疊合之后便形成了高光譜立方體。相對于二維空間來說，高光譜立方體在前者的基礎(chǔ)上增加了一維光譜信息，最終形成三維的空間坐標(biāo)系。即將探測后形成的高光譜圖像的每個波段數(shù)據(jù)都看成是一個層面，將成像光譜數(shù)據(jù)整體表達(dá)到該三維坐標(biāo)空間，從而構(gòu)成一個按波段順序疊合構(gòu)成的、擁有多個層面的數(shù)據(jù)立方體。在對傳統(tǒng)遙感成像技術(shù)與光譜技術(shù)有效融合的基礎(chǔ)上，高光譜遙感技術(shù)能夠精確的分析不同的物質(zhì)所具有的光譜特征。因?yàn)樵谝欢ǖ牟ㄩL范圍內(nèi)（比如可見光-近紅外、可見光-短波紅外），相鄰波段有光譜重疊區(qū)，也就是連續(xù)光譜成像，從而在高光譜立方體的每個圖像像元均可提取一條連續(xù)的光譜曲線，這就是光譜的“指紋效應(yīng)”。在成像光譜儀得到圖像的基礎(chǔ)上，就可以借助完整的光譜曲線來觀測各種地物信息，這使得利用高光譜數(shù)據(jù)對地物的細(xì)節(jié)信息進(jìn)行反演成為可能。實(shí)現(xiàn)了遙感技術(shù)從定性到定量的變革性轉(zhuǎn)變，為定量遙感技術(shù)及理論提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、高光譜遙感的應(yīng)用與創(chuàng)新

有鑒于高光譜圖像的精確性以及對不同地物極強(qiáng)的識別能力，因此在經(jīng)濟(jì)、地質(zhì)、軍事等方面的應(yīng)用日益廣泛。本節(jié)主要對高光譜遙感技術(shù)在這些方面的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行研究，討論高光譜遙感技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢。

首先在地質(zhì)勘查與農(nóng)業(yè)方面。地質(zhì)勘查、礦產(chǎn)資源勘查一直是遙感技術(shù)應(yīng)用的重要方面。相對于傳統(tǒng)遙感技術(shù)，高光譜遙感技術(shù)讓地質(zhì)勘查工作發(fā)生天翻地覆的變化。例如在地質(zhì)填圖應(yīng)用中，在對地表物光譜進(jìn)行分析后，不僅能夠精確識別地表物是巖石還是礦物；而且能夠根據(jù)地表物的光譜特征來對礦石品種進(jìn)行識別和分類。尤其是高光譜遙感技術(shù)覆蓋范圍十分廣泛，能夠?qū)Χ鄠€地區(qū)同時(shí)開展地質(zhì)勘查工作，提升地質(zhì)勘查的效率。同時(shí)高光譜遙感技術(shù)的定量分析讓地質(zhì)勘查更加精確，在對光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后直接確定地表物的成分，準(zhǔn)確把握礦物分布范圍與特點(diǎn)。有效地提升了地質(zhì)勘探效率與質(zhì)量。

在農(nóng)業(yè)方面，高光譜遙感技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對農(nóng)田變化信息的監(jiān)控。例如高光譜遙感通過對農(nóng)田作物表面化學(xué)成分、農(nóng)田土壤水分含量、農(nóng)田土壤顆粒大小等信息的定量分析，能夠有效監(jiān)測降雨、大氣對植物生長的影響，也能夠準(zhǔn)確的識別農(nóng)作物的營養(yǎng)和病蟲害狀況，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供更多的參考，改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)作業(yè)方式。

其次在大氣與海洋監(jiān)測方面，高光譜遙感技術(shù)也具有極其重大的優(yōu)勢。在海洋監(jiān)測中，高光譜遙感技術(shù)根據(jù)海水的光譜特征，可以準(zhǔn)確地辨識海水中的物質(zhì)成分。例如，海洋水色、水溫度以及水面漂浮物等具有不同的光譜特性，在對之進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，能夠發(fā)現(xiàn)海水的污染程度，識別海水中的污染物并提出針對性的治理對策。在對大氣的分析中，可以根據(jù)大氣中水蒸氣、二氧化碳、氧氣以及其他污染物的光譜特性，更加快速高效地判別大氣污染狀況和污染物種類。同時(shí)借助高光譜遙感技術(shù)也可以實(shí)現(xiàn)對云層溫度、濕度的監(jiān)測，為氣象預(yù)報(bào)工作提供精確數(shù)據(jù)。

高光譜遙感技術(shù)除了在人們?nèi)粘Ｉ钪邢⑾⑾嚓P(guān)的項(xiàng)目應(yīng)用外，也可以直接應(yīng)用于星際探索和軍事偵察中。例如在探索外太空中，可以將高光譜成像儀放在航天器上去獲得其他星體的高光譜圖像，通過對物質(zhì)光譜特性的定量分析，研究其他星體地表物情況，識別星體的物質(zhì)組成，為進(jìn)一步探索水分、外星生命等提供基礎(chǔ)。在軍事偵察中，傳統(tǒng)遙感技術(shù)無法準(zhǔn)確識別偽裝后的軍事目標(biāo)，在使用高光譜遙感技術(shù)后，可以對觀測后獲得的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析。根據(jù)偽裝材料與綠色植物之間的光譜差異，實(shí)現(xiàn)對真假軍事目標(biāo)的判定，發(fā)現(xiàn)迷彩偽裝網(wǎng)下的軍事目標(biāo)。

小結(jié)

隨著高光譜遙感影像技術(shù)的不斷發(fā)展，已經(jīng)成為對地、海洋、大氣的重要觀測力量，在星際探索、軍事偵察等方面也具有很強(qiáng)的實(shí)用性。因此在未來研究中要借助高光譜遙感技術(shù)的發(fā)展，拓展其在人類生活方面的應(yīng)用精確性。

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