成像光譜儀

　　發(fā)展背景

　　70年代末80年代初，在研究歸納各種地物光譜特征的基礎(chǔ)上，形成這樣一個(gè)概念：如果能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的窄波段成像，那么就有可能實(shí)現(xiàn)地面礦物的直接識(shí)別，由此產(chǎn)生了光譜和圖像結(jié)合為一體的成像光譜技術(shù)。1983 年美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室研制出第一臺(tái)航空成像光譜儀（AIS-1）,隨后包括中國在內(nèi)的許多國家都研制成功了一系列成像光譜儀，其中有以線陣探測器為基礎(chǔ)的光機(jī)掃描型，有以面陣探測器為基礎(chǔ)的固態(tài)推掃型，也有以面陣探測器加光機(jī)的并掃型。

　　性能參數(shù)和原理

　　成像光譜儀主要性能參數(shù)是：（1）噪聲等效反射率差（NEΔp ），體現(xiàn)為信噪比（SNR）；（2）瞬時(shí)視場角（IFOV），體現(xiàn)為地面分辨率；（3）光譜分辨率，直觀地表現(xiàn)為波段多少和波段譜寬。

　　高光譜分辨率遙感信息分析處理，集中于光譜維上進(jìn)行圖像信息的展開和定量分析，其圖像處理模式的關(guān)鍵技術(shù)有：⑴超多維光譜圖像信息的顯示，如圖像立方體的生成；⑵光譜重建，即成像光譜數(shù)據(jù)的定標(biāo)、定量化和大氣糾正模型與算法，依此實(shí)現(xiàn)成像光譜信息的圖像-光譜轉(zhuǎn)換；⑶光譜編碼，尤其指光譜吸收位置、深度、對(duì)稱性等光譜特征參數(shù)的算法；⑷基于光譜數(shù)據(jù)庫的地物光譜匹配識(shí)別算法；⑸混合光譜分解模型；⑹基于光譜模型的地表生物物理化學(xué)過程與參數(shù)的識(shí)別和反演算法。

　　高端的成像光譜儀采用了透射型體相全息衍射光柵，其在可見光到近紅外波段具有低雜散光、低吸收率特點(diǎn)；由于核心部分密封在玻璃或其它透明材質(zhì)中，因此壽命長、容易清潔、抗刮檫，非常適合各種苛刻的野外的應(yīng)用環(huán)境。

　　成像光譜儀工作方式主要為推掃式，為了實(shí)現(xiàn)掃描過程，一般利用外接掃描平臺(tái)帶動(dòng)光譜儀運(yùn)行；由于掃描平臺(tái)比較笨重，且增加了耗電量，給野外工作帶來諸多不便，所以現(xiàn)在最新型的成像光譜儀取消了掃描平臺(tái)，改為內(nèi)置式掃描設(shè)計(jì)，減輕了整機(jī)重量和能耗，而且可以直接進(jìn)行垂直向下測量，更利于野外使用。

　　應(yīng)用

　　高光譜分辨率成像光譜遙感起源于地質(zhì)礦物識(shí)別填圖研究，逐漸擴(kuò)展為植被生態(tài)、海洋海岸水色、冰雪、土壤以及大氣的研究中。

　　成像光譜儀在高光譜測量的基礎(chǔ)上，具有圖譜合一的優(yōu)勢，可以精確到葉片一個(gè)點(diǎn)去探測作物不同脅迫癥狀的特征，又可獲取受脅迫作物面狀的光譜信息，點(diǎn)面結(jié)合綜合地反映作物遭受脅迫的程度。所以，成像高光譜已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，學(xué)者們利用高光譜成像技術(shù)定量化地提取作物所遭受的各種脅迫特征，根據(jù)高分辨率的圖像對(duì)葉片及葉片的局部區(qū)域進(jìn)行分析，從而在更加微觀的尺度上進(jìn)行機(jī)理探測研究。

　　正是因?yàn)槌上窆庾V儀可以得到波段寬度很窄的多波段圖像數(shù)據(jù)，所以它多用于地物的光譜分析與識(shí)別上。特別是，由于成像光譜儀的工作波段為可見光、近紅外、短波紅外，因此對(duì)于特殊的礦產(chǎn)探測及海色調(diào)查是非常有效的，尤其是礦化蝕變巖在短波段具有診斷性和光譜特性。