遥感教程简介-第2部分第24页

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Imaging spectroscopy, also known as hyperspectral remote sensing, allows a sensor on a moving platform to gather reflected radiation from a ground target such that a special detector system consisting of CCD devices can record up to 200+ spectral channels simultaneously over the range from 0.38 to 2.5 mm. With sampling thus at a 0.01 mm interval it is possible to plot the data as quasi-continuous narrow bands that approximate a spectral signature rather than histogram-like broader bands. With such detail, the ability to detect and identify individual materials or classes greatly improves. The AVIRIS instrument developed at JPL is described. Examples are shown that confirm that the hyperspectral approach is now the state-of-the- art cutting edge of remote sensing from air and space.


其他遥感系统-高光谱成像

另一个主要的进展是,作为一种强大的、多用途的光谱连续采样方法,它现在已经发展成为一种新的技术。 高光谱 成像(见第13节后半部分,从 page 13-5 更多的原则和细节)。迄今为止,由于飞行器和宇宙飞船的高速运动,分光计停留在地球表面或大气目标的小区域的时间不够。因此,必须获得宽波段的数据,其中光谱辐射集成在采样区域内,以覆盖范围,例如0.1微米,例如陆地卫星。在高光谱数据中,这个间隔缩小到10纳米(1微米 [µm] 包含1000纳米 [1 nm = 10-9m] )因此,我们可以将0.38和2.55μm之间的间隔细分为217个间隔,每个间隔的宽度约为10纳米(0.01μm)。实际上,这些是窄带。VNIR间隔的探测器是硅微芯片,而短波红外(SWIR,介于1.0和2.5微米之间)间隔的探测器是由铟锑(锑)合金构成的。如果每一个这样的间隔获得一个辐射值,然后绘制成强度与波长的关系图,结果是足够多的点,通过这些点我们可以绘制出一条有意义的光谱曲线。

喷气推进实验室(JPL)生产了两种高光谱传感器,一种称为AIS(机载成像光谱仪),首次飞行于1982年,另一种称为Aviris(机载可见/红外成像光谱仪),自1987年起继续运行。Aviris由四个光谱仪组成,共有224个单独的CCD探测器(通道),每个探测器的光谱分辨率为10纳米,空间分辨率为20米。该探测器阵列的光谱色散是通过衍射栅格完成的。总间隔为380到2500纳米(大约与陆地卫星TM覆盖的相同宽间隔,只有7个波段)。它通过一系列行构建一个类似pushbroom的图像,每个行包含664个像素。从美国国家航空航天局(NASA)的ER-2(改进型U-2)等高空飞机平台上,典型的铺条宽度为11公里。

根据所获得的数据,我们可以计算任何像素或一组可能对应于扩展地面特征的像素的光谱曲线。根据特征或类别的大小,结果图将是“纯”特征的确定曲线,或者是包含当前几个特征贡献的复合曲线(第13节中讨论的“混合像素”效应)。原则上,沿飞行线延伸的阵列中任何10纳米间隔的强度变化都可以用灰度来描述,以构建图像。在实践中,为了获得足够强的信号,将来自几个相邻区间的数据组合起来。其中一些想法在这里所示的方块图中进行了详细说明。
图中显示了Aviris的概念,表明光谱

可以从能够识别和分类现有不同材料和特征的地面目标获得特征。|

下面是一些圆场的高光谱图像(参见 Section 3 )在科罗拉多州的圣胡安山谷。根据地面数据和绘制在所示作物图像下方的光谱曲线(这些曲线不是通过野外光谱仪获得的,而是直接从Aviris数据中获得的),将彩色区域标识为植被或作物类型。

image3

在第13节中,显示了内华达州和其他矿区附近用于矿产勘探的其他Aviris图像(参见 page 13-10 )根据光谱学原理的扩展叙述和对高光谱方法的进一步考虑。通过这三幅丘比特区的图像,可以预览这项技术所取得的显著成果。左边的图像显示了以接近自然的颜色绘制的地图区域;中间的图像使用波长较窄的带,其中某些矿物反射与激发的振动吸收模式有关的能量;右边的图像中,模式是电子吸收(参见 page 13-7 )如图所示,没有矿物识别码,红色、黄色、紫色、绿色等均与特定矿物有关。

我们知道,对于大多数分析来说,高光谱数据通常比宽频带多光谱数据更优越,这仅仅是因为这些数据提供了更多关于待识别特征光谱特性的细节。本质上,高光谱感测产生连续的光谱特征,而不是由诸如专题映射器这样的系统生成的带直方图图,这些系统将不同波长的波长“聚集”成单值间隔。计划在未来的航天器上飞行高光谱传感器(见第21节, page 21-1 )美国海军目前正在开发一种更为复杂的传感器,称为HRST,工业界也在设计和制造高光谱仪器,如ESSI的Probe 1。

` <>`__I-25用你自己的话来说,用一句话来说明高光谱传感器相对于宽带传感器的主要优势。 **ANSWER**

到2000年,有计划在空间平台上安装几个高光谱传感器。其中一个叫做“超离子”的仪器是EO-1的一部分,它是2000年12月发射的NASA新千年系列的第一颗卫星。它被插入到一个轨道中,该轨道距离7号陆地卫星仅50公里(30英里),这使得在几乎相同的时间获取的类似图像可以进行性能评估比较。这颗卫星由戈达德航天飞行中心操作,是一个试验台,试验仪器方面的新想法,可以使其更小更轻,从而降低发射成本。这是一幅艺术家对EO-1的插图,它有三个主要传感器:

hyperion由CCD探测器和其他组件组成,这些组件将光谱范围从0.4到2.5微米突破到220个通道。每幅图像的地面覆盖率为7.5×100公里,分辨率为30米。下一张图片显示了一个由3个狭窄通道组成的彩色合成物,所有通道都可见,其中的场景是沿着波托马克河的马里兰州和弗吉尼亚州:

hyperion图像通常以对应于下行场景采集的长条带显示。这张图片显示了南澳大利亚弗林德斯山脉弗里顿山地区褶皱带中的沉积岩:

大气校正器的测量有助于消除大气对图像/数据质量的不利影响。作为第三个传感器,高级陆地成像仪(ALI)有9个光谱带,提供多光谱图像(30米分辨率)和全色图像(10米)。这是阿里在华盛顿市中心的照片。


主要作者:Nicholas M.Short,高级电子邮件: nmshort@nationi.net