高光谱成像技术有什么用？高光谱成像技术的应用行业

高光谱成像技术是一种新型的检测技术，它结合了光学、光谱学和成像学等多个学科的知识，能够获取目标的高光谱信息，包括其反射、辐射和散射等特性。那么，高光谱成像技术有什么用？本文简单介绍了高光谱成像技术的应用行业。

在大气科学研究中的应用

高光谱成像具有非常高的光谱分辨率它不仅可以探测到常规成像更精细的被探测物的信息，而且也能探侧到大气吸收特征。

大气的分子和粒子的成份在反射光谱波段反映非常的强烈能够被高光谱仪器监测到。云盖制图，云顶高度和云层状态参数估算，大气水汽含量与分布估算，气溶胶含量估计以及大气光学特性评价等是高光谱成像技术在大气研究中的突出应用。利用高光谱数据在准确探测大气成分的基础上，不仅能提高天气预报、灾害预警等的准确性更能提高其可靠性。

例如：在国内，刘金涛等人提出了一套高光谱分辨率激光雷达系统，用于同时测量大气风和气溶胶的光学性质，该系统可以分离大气气溶胶和分子散射，可以直接反射出大气的后向散射比和气溶胶的后相散射系数，同时采用双边缘监测技术，可以获得高精度的大气风速信息。

对于冬季覆盖北半球面积 30 %以上的冰雪，通过成像光谱的模拟试验，特别是在1.0～1.3μm光谱范围的波段，可以获得对冰雪粒径大小的识别，Anne等人利用航空成像光谱仪AVIRIS中心在1.03μm的波段与冰雪颗粒关系进行冰雪颗粒填图，并提出波段面积标尺法，解决了信号建立在单波段上易受到传感器噪声影响的缺点。

在城市下垫面特征和环境研究中的应用

由于人类活动、城市下垫面特征与环境显得异常复杂，同物异谱、同谱异物 及混合像元现象也非常严重。而高光谱成像的发展使得人们有能力对城市地物 的光谱特性进行深入研究，人们用实验室光谱、地物光谱、航空和航天的高光谱遥感器对城市的光谱进行了一系列的深入分析。研究的内容包括城市地物的光谱 特性及可分性，为城市环境遥感分析及制图提供基础。城市遥感研究中，由于城市下垫面地物类型繁多，而且许多地物类型的光谱曲线相似性很高，所要想很精 确的区分出城市地物，诊断出微小的吸收波段是必要的，这对高光谱数据的图像光谱质量提出了很高要求。

例如：国内刘建贵等人，利用高光谱数据结合光谱检测算法，对城市地物分类进行了研究，将高光谱分辨率的PHI成像光谱数据和高空间分辨率的彩红外照 片结合，利用高空间分辨率图像数据的高几何清晰度，检测出城市各地物的轮廓线，以此形成多边形图斑，然后利用高光谱数据的光谱信息，针对每一个图斑进行统计分析与分类，以确定它的类别归属，最终可产生很规范的地物图斑边界，将图像分割为水体及阴影、植被、沥青表面、水泥表面、大理石表面和裸土6大类典型地物。

在海洋及内陆水环境监测中的应用

高光谱成像是当前海洋成像前沿领域。由于中分辨率成像光谱仪具有光谱覆盖范围广、分辨率高和波段多等许多优点，因此已成为海洋水色、水温的有效探测工具。它既可用于海水中叶绿素浓度、悬浮泥沙含量、某些污染物和表层水温探测，还可用于海冰、海岸带等的探测。

国内海洋遥感应用基础研究主要是一些数学模型的构建。关于如何解决水体的低反射率、大气对蓝紫波段光谱的散射影响等难题的研究还未涉足。在海洋水质监测应用方面，只有可见光光谱能够观测水下的状况。另外，陆源污染、海水养殖、滩涂等海岸带典型要素的光谱特性研究工作也在开展，研究人员以航空高光谱图像为数据源，选取陆源污染、海水养殖、滩涂为监测要素，进行上述要素的光谱波段敏感性研究，试获得其探测的最佳波段，并进一步发展准确、快速识别和探测技术。在海洋表面温度测量、海洋表层悬浮泥沙浓度的定性或半定量的观测、海洋动力现象的研究等方面都开展了相应的研究。

现在国际上开展的主要研究有:海洋碳通量研究；海洋生态系统与混合层物理性质的关系研究；海岸带环境监测与管理。

在植被与生态研究中的应用

高光谱超多波段的成像光谱数据为植被分类识别提供了比以往更加详细的信息，基于高光谱成像的植被识别精度远远超出了常规所能获取信息的精确性和可靠性，体现出高光谱在植被信息获取能力方面的巨大优势。

高光谱成像还应用于生态环境梯度制图、光合作用色素含量提取、植被干物质信息提取、植被生物多样性监测、土壤属性反演、植被和土地覆盖精细制图、土地利用动态监测、矿物分布调查、水体富营养化检测、大气污染物监测、植被覆盖度和生物量调查、地质灾害评估等等。

植被高光谱数据，按获取方式的不同，采用相应的高光谱信息处理技术处理后可用于植被参数估算与分析，植被长势监测及估产等领域。另外，高光谱的出现使植物化学成分估测成为可能。 

例如：1995年12月，中国科学院遥感应用研究所与国外合作采用模块化航空成像光谱仪( MAI S)与地面同步光谱测,开展了湿地植被高光谱遥感监测实验。吴长山利用高光谱数据对导数光谱与群体叶绿素密度做相关分析，选取相关关系最高的波段与导数光谱进行线性拟合，估算叶绿素密度。

在地质矿产调查中的应用

区域地质制图和矿产勘探是高光谱技术主要的领域也是高光谱成像应用中最成功的一个领域。如今地面光谱仪主要有澳大利亚的PIMA，美国的ASD，GER,热红外FT-IR等，国内的有中科院研发的OMIS系列，PHI等。

利用高光谱遥感（含热红外高光谱）进行矿物识别可分为3 个层次：矿物种类识别、矿物含量识别和矿物成分识别。

① 基于单个诊断性吸收的特征参数；

② 基于完全波形特征；

③ 基于光谱知识模型）在矿物识别和矿物精细识别的基础之上，根据矿物共生组合规律和矿物自身的地质意义指示作用，直观地反演各种地质因素之间的内在联系，可提高高光谱在地质应用中分析和解决地质问题的效能。

随着高光谱遥感地质应用的不断扩展和日益深入，高光谱遥感技术和方法也在不断改进。近年来在基于高光谱数据的矿物精细识别、高光谱影像地质环境信息反演、基于高光谱遥感的行星地质探测等方面取得了突出的进展。高光谱遥感在地质成因环境探测、蚀变矿物与矿化带的探测、成矿预测、岩性的识别与分类、油气资源及灾害探测、高光谱植被重金属污染探测等方面也有应用。

例如：国内也开展了类似的研究。谢红接等运用 MAIS数据做了试验性研究 工作，提取了研究区域的铀矿特征信息(如蚀变和矿化等)。万余庆等运用OMISI数据确定了烧变岩中3价铁离子含量与某些波段反射率的定量关系，提出了利用 高光谱遥感图像提取3价铁离子的方法。张宗贵等利用HyMap数据，开展了基于地物光谱特征成像光谱遥感矿物识别方法研究，有效地填绘出了矿物在该航带上的分布情况。甘甫平等利用成像光谱遥感技术识别和提取了矿化蚀变信息。王青华等运用 MAIS影像数据，采用不同的图像处理方法，较好地提取了岩石信息，达到较准确识别岩类目的。王晋年等在新疆阿克苏柯坪进行油气勘探研究中，根据矿物吸收指数成功地区分了该地区从寒武、奥陶、志留、泥盆到二叠系的地层。

在军事中的应用

高光谱影像由于其具有的丰富地面信息，从一开始就被应用于军事领域，并在实际应用中表明这种光谱成像技术在军事上具有很高的应用价值，因而军用卫星上采用这种遥感器的趋势正在快速增长。

在军事侦察、识别伪装方面，它能够根据目标与伪装材料不同的光谱特性，利用成像光谱仪可以从伪装的物体中自动发现目标；在调查武器生产方面，超光谱成像仪不但可探测目标的光谱特性、存在状况，甚至可分析其物质成分，从而可采集工厂产生的烟雾，直接识别其物质成分，判定工厂生产的武器，特别是攻击性武器。在海军作战方面，目前美国海军设计的超光谱成像仪，可在0.4μm～2.5μm光谱范围内提供210个成像光谱数据，可获得近海环境目标的动态特性，例如海水的透明度、海洋深度、海洋大气能见度、海流、潮汐、海底类型、生物发光、海滩特征、水下危险物、油泄漏、大气中水汽总量和次见度卷云等成像数据，这对海军近海作战有十分重大的意义。