高光譜資料庫
A. 高光譜遙感概述
所謂高光譜遙感，即高光譜解析度遙感，指利用很多很窄的電磁波波段（通常＜10 nm）從感興趣的物體獲取有關數據；與之相對的則是傳統的寬光譜遙感（通常＞100nm）且波段並不連續。高光譜圖像是由成像光譜儀獲取的，成像光譜儀為每個像元提供數十至數百個窄波段光譜信息，產生一條完整而連續的光譜曲線。它使本來在寬波段遙感中不可探測的物質，在高光譜中能被探測。
近20年來，高光譜遙感技術迅速發展，它集探測器技術、精密光學機械、微弱信號檢測、計算機技術、信息處理技術於一體，已成為當前遙感領域的前沿技術之一。
1.2.1 高光譜遙感的起源和發展
隨著基礎理論和材料科學的不斷進步，近20年來，高光譜遙感技術迅速發展，已成為除雷達遙感、激光遙感、超高解析度遙感等技術以外，當前遙感領域的又一重要研究方向。
1.2.1.1 國外的高光譜成像儀研製情況
由於高光譜遙感在地物屬性探測方面的巨大潛力，成像光譜技術得到了普遍重視。
（1）機載高光譜成像儀
1983年，第一幅高光譜影像由美國研製的航空成像光譜儀（AIS-1）獲取，標志著第一代高光譜成像儀的面世。1987年，美國宇航局（NASA）噴氣推進實驗室（JPL）研製成功航空可見光/紅外成像光譜儀（AVIRIS），這標志著第二代高光譜成像儀的問世。
（2）星載高光譜成像儀
在航天領域，由美國噴氣推進實驗室研製的對地觀測計劃中的中解析度成像光譜儀（MODIS），隨TER2RA衛星發射，成為第一顆在軌運行的星載成像光譜儀，從2000年開始向地面傳送圖像。
2000年，NASA發射的EO21衛星上搭載的高光譜成像儀（Hyperion），地面解析度為30m，已在礦物定量填圖方面取得了很好的應用效果。2002年美國的海軍測繪觀測（NEMO）衛星攜帶的海岸海洋成像光譜儀（COIS）具有自適應性信號識別能力，滿足軍用和民用的不同需求。另外，2007年6月交付美Kirtland空軍基地的高光譜成像感測器將通過Tac2Sat23衛星載入太空。
目前，許多國家都在積極研製自己的高光譜感測器，已明確有發射計劃的有德國環境監測與分析計劃的EnMAP，南非的多感測器小衛星成像儀MSMI和加拿大高光譜環境與資源觀測者HERO。
1.2.1.2 國外高光譜影像分析技術的研究現狀
在成像光譜儀快速發展的同時，地物光譜資料庫、高光譜影像分析技術研究也得到了迅速發展。
地物光譜資料庫技術方面，以美國最為先進，有代表性的主要有JPL標准波譜資料庫、USGS波譜資料庫、ASTER波譜資料庫和IGCP2264波譜資料庫。此外，美國空軍部門和環保局針對大氣污染和空氣成分的診斷建立了AEDC/EPA光譜資料庫，並針對美國海軍研究室研製的HYDICE成像光譜儀建立了森林高光譜資料庫等。部分其他國家也展開了光譜資料庫技術研究和建設工作，如英國在20世紀90年代初針對海水顏色研究建立了海水光譜資料庫。
美國國家航空航天局（NASA）、歐洲航天局（ESA）、日本國家空間發展局（NASDA）和大學及研究所都有專門的高光譜影像應用分析的研究機構。
國外商業遙感圖像處理系統，相繼增加成像光譜數據處理模塊，其中具有代表性的有RSI公司的ENVI，PCI Geomatics公司的PCI，MicroImages公司的TNTmips等。
1.2.1.3 國內高光譜遙感技術發展現狀
我國緊密跟蹤國際高光譜遙感技術的發展，並結合國內不斷增長的應用需求，於20世紀80年代中後期著手發展自己的高光譜成像系統。主要的成像光譜儀有中國科學院上海技術物理研究所研製的推掃式成像光譜儀（PHI）系列、實用型模塊化成像光譜儀（OMIS）系列、中國科學院長春光學精密機械與物理研究所研製的高解析度成像光譜儀（C2HRIS）和西安光機所研製的穩態大視場偏振干涉成像光譜儀（SLPIIS）。中國科學院上海技術物理研究所研製的中解析度成像光譜儀（CMODIS）於2002年隨「神舟」三號發射升空，並成功獲取航天高光譜影像，其獲取影像從可見光到近紅外共30個波段，中紅外到遠紅外的4個波段，空間解析度為500 m。
2007年10月發射的「嫦娥1號」衛星已攜帶中國科學院西安光學精密機械研究所研製的干涉成像光譜儀升空，用於獲取月球表面二維多光譜序列圖像及可分辨地元光譜圖，通過與其他儀器配合使用對月球表面有用元素及物質類型的含量與分布進行分析，獲得的數據用於編制各元素的月面分布圖。
從2007年到2010年，我國將組建環境與災害監測預報小衛星星座，將攜帶超光譜成像儀，採用0.45～0.95μm波段，平均光譜解析度為5nm，地面解析度為100m。
我國在積極研製具有自主知識產權的成像光譜儀的同時，在地物光譜數據技術、高光譜影像分析技術等方面的研究中也取得了一系列可喜的成果。
20世紀90年代初期，中國科學院安徽光學精密機械研究所、遙感所等單位對大量的典型地物進行了波譜採集，建立了我國第一個綜合性「地物波譜特性資料庫」。1998年，中國國土資源航空物探與遙感中心建立了「典型岩石礦物波譜資料庫」，其中包含了我國主要的典型岩石和礦物500 余種。2000年，中國科學院遙感所基於GIS和網路技術研製了典型地物波譜資料庫及其管理系統，記錄了10000多條地物波譜，並能動態生成相應的波譜曲線和遙感器模擬波段，實現了波譜資料庫與「3 S」技術的鏈接。
1.2.2 高光譜成像儀簡介
1.2.2.1 國外高光譜成像儀系統介紹
（1）航空高光譜成像儀
1983年，世界上第一台成像光譜儀AIS-1（Aero Imaging Spectrometer-1）在美國噴氣推進實驗室研製成功，並成功應用於植被研究、礦物填圖等方面，向世界展示了高光譜成像技術具有的潛力。此後，美國機載先進的可見光紅外成像光譜儀（AVIRIS）、加拿大的熒光線成像光譜儀（FLI）和在此基礎上發展的小型機載成像光譜儀（AIS）、美國Deadalus公司的MIVIS，GER公司的79波段機載成像光譜儀（ROSIS-10 和 ROSIS-20）、美國海軍研究所實驗室的超光譜數字圖像採集試驗儀（HYDICE）先後研製成功（表1.1）。
表1.1 國外主要的機載高光譜成像儀信息
近年來，成像光譜技術在資源調查、農作物長勢、病蟲害、土壤狀況、地質勘查等方面的成功應用讓世界各國看到了這項新技術的巨大前景與潛力，世界上一些有條件的國家競相投入到成像光譜儀的研製和應用中來。各國在研製的同時紛紛參考已有成像光譜儀的先進技術，使得新研製的系統在繼承了老系統各種優勢的同時，很多方面得到了進一步的提高，在穩定性、探測效率、綜合性能等方面均得到了很大的進步。其中，具有代表性的有美國的Probe、澳大利亞的HyMap、美國GER公司為德士古（TEXACO）石油公司專門研製的TEEMS系統等。
Probe-1和Probe-2是Earth Search Sciences公司開發的另一個有影響的航空成像光譜儀系統，該系統在0.4～2.5μm區有128個波段，光譜解析度為18 nm。
HyMap即「高光譜制圖儀」（hyperspectral mapper）的簡稱，是以澳大利亞Intergrated Spectronics公司為主研製的。HyMap在0.25～0.45μm光譜范圍有126個波段，同時在3～5μm和8～10μm兩個波長區設置了兩個可供選擇的波段，共有128個波段。其數據在光譜定標、輻射定標和信噪比等方面都達到了較高的性能，總體光譜定標精度優於0.5 nm；短波紅外波段（2.0～2.5μm）的信噪比都高於500∶1 ，有的波段其信噪比甚至高達1000∶1。
TEEMS是德士古能源和環境多光譜成像儀（Texaco energy ＆ environmental multispectral imaging spectrometer）的簡稱。這是一台由美國地球物理和環境研究公司（GER）應德士古的技術要求與德士古的專家合作專門研製的具有200 多個波段、性能十分先進的實用型高光譜成像儀。該系統在紫外、可見光、近紅外、短波紅外、熱紅外波段等波譜均具有成像能力，從而在石油地質勘探特別是在勘探與油氣藏有關的特徵中具有很大潛力。
近年來熱紅外成像光譜儀已有了實質性的進展。最具有代表性的是美國宇航公司研製的空間增強寬頻陣列光譜儀系統（spatially enhanced broadband array spectrograph system，SEBASS）。SEBASS有兩個光譜區：中紅外，3.0～5.5μm，帶寬為0.025μm；長波紅外，7.8～13.5μm，帶寬為0.04μm。它在中波紅外區和長波紅外區分別有100個、142個波段；所使用的探測器為兩塊128*128的Si：As焦平面，有效幀速率為120Hz，溫度靈敏度為0.05℃，信噪比＞2000。熱紅外成像光譜儀為更好地反映地物的本質提供了珍貴的數據，已經被應用於探礦、地質填圖、環境監測、農林資源制圖、植被長勢等諸多領域。
（2）航天高光譜成像儀
美國先後研製出中解析度成像光譜儀（MODIS），EO-1高光譜衛星，並與日本合作研製出的先進星載熱發射反射輻射計（advanced satellite thermal emission/reflection radiometer）以及美國軍方的「Might-Sat」高光譜衛星，在航天成像光譜技術研究方面一直在世界遙遙領先。
MODIS是EOS-AM1衛星（1999年12月發射）和EOS-PM1（2002年5月發射）上的主要探測儀器——中解析度成像光譜儀，也是EOS Terra平台上唯一進行直接廣播的對地觀測儀器。通過MODIS可以獲取0.4～14μm范圍內的36個波段的高光譜數據，為開展自然災害、生態環境監測、全球環境和氣候變化以及全球變化的綜合性研究提供了重要的數據源。
MODIS是搭載在terra和aqua衛星上的一個重要的感測器，是衛星上唯一將實時觀測數據通過x波段向全世界直接廣播，並可以免費接收數據並無償使用的星載儀器。MODIS可獲取0.4～14μm范圍內的36個波段的高光譜數據，為開展生態環境研究、自然災害監測、全球環境和氣候變化等研究提供了重要的數據源。
ASTER搭載在Terra衛星上的星載熱量散發和反輻射儀，是於1999年12月18日發射升空的，由日本國際貿易和工業部製造。一個日美技術合作小組負責該儀器的校準確認和數據處理。ASTER是唯一一部高分辨解析地表圖像的感測器，其主要任務是通過14個頻道獲取整個地表的高分辨解析圖像數據——黑白立體照片。ASTER能在4到16天之內對同一地區進行成像，具有重復覆蓋地球表面變化區域的能力。ASTER數據特點之一是基於用戶要求的觀測，即根據用戶提出的要求來隨時隨地地獲取影像。ASTER的寬譜覆蓋和高分辨能力給科學家們在諸如監測冰河的前進與退卻，對潛在的活火山的監測，鑒別作物能力，對雲層形態及物理狀況的監測，濕地評估，熱污染監測，珊瑚礁的退化，土壤及地質的表面溫度繪圖，以及測量地表的熱平衡等眾多學科領域提供了可供鑒定的信息。
美國宇航局（NASA）的地球軌道一號（EO-1）是美國NASA新千年計劃的一部分，在2000年11月21日發射。地球觀測1號衛星與LandSat-7覆蓋相同的地面軌道，兩顆衛星對同一地面的探測時間相差約1分鍾的時間。EO-1帶有三個基本的遙感系統，即高級陸地成像儀（advanced land imager，ALI），高光譜成像儀（HYPERION）以及大氣校正儀（liner etalon imaging spectrometer arrey atmospheric correction，LAC）。EO-1上搭載的高光譜遙感器hyperion是新一代航天成像光譜儀的代表，也是目前唯一在軌的星載高光譜成像光譜儀以及唯一可公開獲得數據的高光譜測量儀，共有242個波段，光譜范圍為400～2500nm，光譜解析度達到10nm，空間解析度為30m。
2000年7月，美國發射的MightSat-Ⅱ衛星上搭載的傅立葉變換高光譜成像儀（fourier transform hyperspectral imager，FTHSI）是干涉成像光譜儀的成功典範。
歐洲空間局於2001年10月成功發展了基於空中自治小衛星PROBA小衛星的緊密型高解析度成像光譜儀（CHRIS），並發射成功。CHRIS在415～1050μm的成像范圍內有五種成像模式，不同的模式下其波段數目、光譜解析度和空間解析度不等，波段數目分別是18 ，37和62 ，光譜解析度為5～15nm，空間解析度為17～20m或者34～40m。CHRIS能夠從五個不同的角度（觀測模式）對地物進行觀測，這種設計使得其能獲取地物反射的方向性特徵。
歐洲空間局繼美國AM-1 MODIS之後於2002年3月又成功發射了Envisat衛星，這是一顆結合型大平台先進的極軌對地觀測衛星。其中解析度成像光譜儀（MERIS）為一視場角為68.5°的推掃型中解析度成像光譜儀，其地面解析度為300m，在可見光-近紅外光譜區有15個波段，可通過程序控制選擇和改變光譜段的布局。
日本繼ADEOS-1之後於2002年12月發射了後繼星ADEOS-2 ，其上搭載了日本宇宙開發事業團的兩個遙感器（AMSR和GLI）和國際或國內合作者提供的三個遙感器（POLAR，ILAS-Ⅱ，Sea Winds）。GLI在可見光-近紅外和短波紅外分別有23個、6個波段，而在中紅外和熱紅外則有7個波段。到目前為止，已發射的具有代表性的星載成像光譜儀如表1.2所示。
表1.2 國外主要星載高光譜成像儀
1.2.2.2 我國高光譜成像儀系統介紹
（1）航空高光譜成像儀
我國成像光譜儀的發展經歷了從多波段掃描儀到成像光譜掃描，從光機掃描到面陣CCD探測器固態掃描的發展過程。
「八五」期間，新型模塊化航空成像光譜儀（molar aero imaging spectrometer，MAIS）的研製成功標志著我國的航空成像光譜儀技術和應用取得了重大突破。此後我國自行研製的推掃型成像光譜儀（PHI）和實用型模塊成像光譜儀系統（OMIS）在世界航空成像光譜儀大家庭里占據了重要的地位。
（2）航天高光譜成像儀
我國於2002年3月發射的神舟3號無人飛船中就搭載了一個中解析度的成像光譜儀（CMODIS），該儀器共有34個波段，波長范圍在0.4～12.5μm。此外，環境減災衛星搭載了115個波段的高光譜遙感器。「風雲-3」氣象衛星搭載的中解析度成像光譜儀具有20個波段，成像范圍包括可見光、近紅外、中紅外和熱紅外；「嫦娥一號」衛星搭載了我國自行研製的干涉成像光譜儀來探測月球物質。
1.2.3 高光譜遙感成像特點與數據表達
高光譜成像獲取的圖像包含了豐富的空間、輻射和光譜三重信息。其主要特點是將傳統的圖像維與光譜維信息融合為一體，在獲取地表空間圖像的同時，得到每個地物的連續光譜信息。高光譜數據是一個光譜圖像的立方體，它由空間圖像維、光譜維（從高光譜圖像的每一個像元中可以獲得一個「連續」的光譜曲線）和特徵空間維（高光譜圖像提供的是一個超維特徵空間，挖掘高光譜信息需要深切了解地物在高光譜數據形成的N維特徵空間中分布的特點與行為）。
1.2.4 高光譜遙感的主要應用領域
由於高光譜遙感能提供更多的精細光譜信息，有些學者將高光譜遙感的研究從最開始的礦物識別擴展到了水體、植被與生態、環境資源勘探等方面，但目前主要集中在地質、植被和水環境等研究領域。
1.2.4.1 在植被監測中的應用
高光譜遙感由於其具有超高的光譜解析度，為植被參數估算與分析，植被長勢監測及估產等方面提供了有力的支撐。
1）植物的「紅邊」效應：「紅邊（REP）」是綠色植物葉子光譜曲線在680～740nm之間變化率最快的點，也是一階導數光譜在該區間內的拐點。「紅邊」是植物光譜曲線最典型的特徵，能很好地描述植物的健康及色素狀態。當「紅邊」向紅外方向移動時，一般可以判定綠色植物葉綠素含量高、生長活力旺盛；相反，當「紅邊」向藍光方向移動時，一般可能是植物處於缺水等原因造成葉片枯黃等不健康狀態。當植物覆蓋度增大時「紅邊」的斜率會變陡。
2）植被指數：植被指數主要反映植被在可見光、近紅外波段反射與土壤背景之間差異的指標，各個植被指數在一定條件下能用來定量說明植被的生長狀況，是利用遙感光譜數據監測地面植物生長和分布、定性、定量評估植被的一種有效方法。根據不同的研究目的，人們已經提出了幾十種植被指數，如比值植被指數RVI，歸一化植被指數NDVI，差值環境植被指數DVIEVI，垂直植被指數PVI，土壤調整植被指數SAVI等。
1.2.4.2 在農業中的應用
高光譜遙感在農業中的應用，主要表現在快速、精確地進行作物生長信息的提取、作物長勢監測、估算植被（作物）初級生產力與生物量、估算光能利用率和蒸散量及作物品質遙感監測預報，從而相應調整物資的投入量，達到減少浪費，增加產量，改善品質，保護農業資源和環境質量的目的。使用高光譜遙感數據估計作物的農學參數主要有兩類方法：一是通過多元回歸方法建立光譜數據或由此衍生的植被指數與作物農學參數之間的關系；二是通過作物的紅邊參數來估計作物的物候性狀及其農學參數。
1.2.4.3 在大氣和環境方面的應用
高光譜遙感憑借其超高的光譜解析度可以識別出寬波段遙感無法識別的因大氣成分變化而引起的光譜差異，使人們利用高光譜遙感對周圍的生態環境情況進行定量分析成為可能。利用高光譜技術可以探測到污染地區的化學物質異樣，從而確定污染區域及污染原因；高光譜圖像也可用來探測危險環境因素，例如，精確識別危險廢礦物，編制特殊蝕變礦物分布圖，評價野火的危險等級，識別和探測燃燒區域等。
1.2.4.4 在地質方面的應用
地質礦產調查是高光譜遙感應用中最成功的一個領域。各種礦物和岩石在電磁波譜上顯示的診斷性光譜特徵可以幫助人們識別不同礦物成分。在地質方面主要利用其探測岩石和礦物的吸收、反射等診斷性特徵，從而進行岩石礦物的分類、填圖和礦產勘查。
1.2.4.5 在軍事上的應用
由於高光譜影像具有豐富的地面信息，可用於精確識別地物種類，在軍事偵察、識別偽裝方面得到了成功的應用。美國海軍設計的超光譜成像儀可在0.4μm～2.5μm光譜范圍內提供210 個成像光譜數據，可獲得近海環境目標的動態特徵，例如海水的透明度、海洋深度、海洋大氣能見度、海流、潮汐、海底類型、生物發光、海灘特徵、水下危險物、油泄露、大氣中水汽總量和次見度卷雲等成像數據，對近海作戰有十分重要的支撐意義。
B. 遙感光譜數據的獲取
遙感技術從航空攝影測量逐步演變發展起來，大致經歷了3個發展階段：
1.航空攝影測量發展階段
目前仍保存著的最早一幀航空相片是1860年J.W.布萊克從氣球上拍攝的波士頓市的相片。在地質上的應用則始於1913年，有人在飛機上用攝影機對著非洲利比亞的本格遜油田攝影成像，並用這套骯空相片編制了本格遜油田地質圖。航空攝影遙感主要以飛機或者氣球為運載工具，用航空攝影機對目標獲取信息，然後再經過負片和正片過程得到最終的航空相片。航空攝影利用的是電磁波可見光全色波段，用感光膠片接受所攝目標物反射來的太陽光線感光、成像，一般感光片的感光范圍是0.3～0.9μm。航空攝影大多數情況下是垂直攝影，即航空攝影機主軸保持沿鉛垂方向進行拍照；在特殊情況下，利用專門相機進行斜傾攝影。航空攝影按所利用的電磁波波段、相應的感光片及所成圖像的特點，分成4種，即：航空可見光全色黑白圖像；航空可見光真彩色圖像：航空紅外假彩色圖像：航空紅外黑白圖像。其中，航空可見光全色黑白圖像和航空紅外假彩色圖像最為常用，它們主要利用地物波譜的寬波段反射強度特性。
2.多光譜衛星遙感階段
數字衛星成像首先是從氣象衛星開始的，在1960年TIROS-1氣象衛星提供了非常粗糙的衛星圖像，主要用來展示雲的樣式。隨後，在1970年代，美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）發射了甚高解析度輻射感測器（AVHRR）進行氣象預報，它的地面解析度是1.1km，我們在電視氣象預報節目中看到它所獲得的雲圖。同時，從1970年代開始，相繼發射了一些搭載更高解析度感測器的衛星。如：1972年7月23日，美國國家航空和宇宙航行局（NASA）發射了第一顆專門用來進行地球表面監測和填圖的地球資源技術衛星（ERTS-U），1975年被更名為陸地衛星（Landsat）。在Landsatl-3上都裝有多光譜掃描儀（MSS），該掃描儀有4個波段，即綠、紅和兩個紅外波段，地面解析度約為80m。1982年，Landsat4搭載了專題制圖儀（TM），它有7個波段，比MSS覆蓋波譜范圍更寬，波段寬度劃分得更細些，更能反映地物反射光譜特性的變化規律，其地面解析度除第6波段為120m外，均為30m。多光譜遙感的最典型特徵是能夠利用多個波段同時獲取同一目標的多個波譜特徵。這樣就大大提高了遙感識別地物的能力。隨後各國紛紛效仿，感測器的光譜范圍從可見光、紅外直至微波波段，應用范圍也不斷擴大。
3.成像光譜遙感技術發展階段
成像光譜遙感技術是多光譜技術發展的一次跨越。Hunt的研究結果表明特徵礦物的吸收寬度大約在20～40nm，而多光譜遙感數據（例如，MSS和TM）的光譜解析度僅為100nm左右，因此遙感科學家們開始研究高光譜解析度和空間解析度的遙感感測器。1981年，一台太空梭多光譜紅外輻射計（SMIRR）隨著美國太空梭「哥倫比亞」號對地球表面進行了一次有限航帶的觀測，第一次實現了從空間通過高光譜解析度遙感直鑒別碳酸鹽岩以及粘土高嶺土礦物，由此拉開了成像光譜遙感岩性識別的新篇章。繼JPL的AIS-1和AIS-2以及AVIRIS航空成像光譜儀研製成功之後，加拿大也先後研製成功了FIL/PML，CAS1及SFSI等幾種成像光譜儀（童慶禧等，1993）。其他的還有：HIRIS（high resolution imaging spectrometer）成像光譜儀，在0.4～2.5μm范圍內有192 個光譜波段，地面解析度30m，在0.4～1.0μm波長范圍光譜解析度為9.4nm，1.0～2.5μm范圍內為11.7nm（Goetz＆ Herring 1989；Kerekes ＆ Landgrebe，1991）。美國地球物理環境研究公司（Geophysical and Environ-mental Research Corporation）的63通道成像光譜儀（GER）是專門為地質遙感研究設計的，被多次用於岩性填圖（鄭蘭芬等，1992；Bamaby W rockwell，1997）。除航空成像光譜儀外，美國和歐洲空間局（ESA）已制定了發展航天成像光譜儀的計劃，其中美國的中解析度成像光譜儀（MODIS）已經加入地球觀測系統（EOS）發射入軌，對地球實現周期性的高光譜解析度遙感觀測。歐空局的中解析度成像光譜儀（MERIS）也將於同時發射（童慶禧等，1993）。
從1990～1995年，Roger N.Clark等人先後利用AVIRIS數據在美國內華達州，卡普來特試驗場進行了礦物和岩性的識別和填圖，他們發現成像光譜儀不僅能區分地表發射光譜中總體亮度和坡度差異（多光譜技術MSS，TM和SPOT區分地物的基礎），而且能得出用於識別特殊地物的光譜吸收波段，成像光譜數據的光譜分析可以對任何在測量光譜范圍內有獨特吸收特徵的物質（礦物、植被、人T物體、水體、雪等）進行識別和填圖（Clark，R.N.et al.，1996）。
中國科學院上海技術物理研究所是我國成像光譜儀的主要研製機構。1983年研製成功了第一台工作於短波紅外光譜區（2.05～2.5μm）的6通道紅外細分光譜掃描儀，其光譜解析度在30～50nm之間。1987年，在國家和中國科學院黃金找礦任務的驅動下，該儀器發展到12個通道，其波段位置更趨於與地面粘土礦物、碳酸鹽岩礦物的吸收波段相一致，因而在地質岩性識別方面具有更大的能力（童慶禧等，1993）。另外還有熱紅外多光譜掃描儀（TIMS），19 波段多光譜掃描儀（AMSS）以及71波段多光譜機載成像光譜儀（MATS）等。這些光譜儀的數據主要用於油氣資源遙感（朱振海，1993）和礦物制圖（王晉年等，1996）等方面，數據的處理技術和礦物識別的理論研究都取得了不同程度的進展（李天宏，1997）。
綜觀遙感光譜數據的獲取，具有幾個新的發展：
①擴展了應用光譜范圍，增加了光譜波段；②提高了光譜和空間解析度；③具有獲得立體像對的功能，打破了只有航空相片才能有立體像對的能力（如SPOT圖像）；④改進了探測器性能或探測器器件，即線、面陣CCD器件；⑤提高了圖像數據精度；⑥應用領域縱向發展，如用TM圖像數據直接可以識別赤鐵礦、針鐵礦等礦物。
在20世紀末和21世紀初，空間高光譜成像衛星已成為遙感對地觀測中的一項重要前沿技術，在研究地球資源、監測地球環境中發揮越來越重要的作用。
高光譜解析度遙感技術的發展是20世紀末的最後兩個10年中人類在對地觀測方面所取得的重大技術突破之一，是當前乃至21世紀初的遙感前沿技術、通過高光譜成像所獲取的地球表面的圖像包含了豐富的空間、輻射和光譜三重信息。進入20世紀90年代後期，伴隨著高光譜遙感應用的一系列基本問題，如高光譜成像信息的定標和定量化、成像光譜圖像信息可視化及多維表達、圖像-光譜變換、大數據量信息處理等的解決、高光譜遙感已由實驗研究階段逐步轉向實際應用階段，而作為高光譜遙感應用這一熱點中的重點就是高光譜數據信息挖掘技術的提高和與之緊密相連的應用領域的擴展。
高光譜遙感數據最主要的特點是：將傳統的圖像維與光譜維信息融合為一體，在獲取地表空間圖像的同時，得到每個地物的連續光譜信息，從而實現依據地物光譜特徵的地物成分信息反演與地物識別。它由以下3部分組成：
（1）空間圖像維
在空間圖像維，高光譜數據與一般的圖像相似。一般的遙感圖像模式識別演算法是適用的信息挖掘技術。
（2）光譜維
從高光譜圖像的每一個象元可以獲得一個「連續」的光譜曲線，基於光譜資料庫的「光譜匹配」技術可以實現識別地物的目的。同時大多數地物具有典型的光譜波形特徵，尤其是光譜吸收特徵與地物化學成分密切相關，對光譜吸收特徵參數（吸收波長位置、吸收深度、吸收寬度）的提取將成為高光譜信息挖掘的主要方面。
（3）特徵空間維
高光譜圖像提供一個超維特徵空間，對高光譜信息挖掘需要深切了解地物在高光譜數據形成的二維特徵空間中分布的特點與行為，研究發現：高光譜的高維空間是相當空的，數據分布不均勻，且趨向於集中在超維立方體空間的角端，典型數據的差異性，可以映射到一系列低維的子空間，因此迫切需要發展有效的特徵提取演算法去發現保持重要差異性的低維子空間，從而有效地實現信息挖掘。
C. 鐵礦粉的品位化驗方法我想知道一種最精準鐵精粉品位化驗方法
咨詢記錄 · 回答於2021-07-09
D. 熱紅外高光譜
一、內容概述
發射光譜率可提供對可見光-近紅外到短波紅外（VNIR-SWIR）光譜具有補充作用的信息，幾種關鍵的成岩/成壤礦物（石英、長石、橄欖石和輝石）在VNIR-SWIR波長范圍內沒有明顯的光譜特徵，而在熱紅外波長范圍內擁有可診斷的吸收特徵。熱紅外（8～14μm）和中紅外（3～5 μm）區間對地質遙感研究極具潛力，但很少被研究，其可能原因有：①物理性質復雜，如熱紅外區間的體散射效應，中紅外區間的發射率與溫度干擾等；②缺少野外/實驗室光譜測量儀與（機載/星載）高光譜數據。20世紀90年代初，Mike Abrams曾經演示過熱紅外與短波紅外觀察相結合的優點。依據熱紅外多波譜掃描數據，Simon Hook與其合作者發現可揭示有關信息的類型。對岩石/礦物熱紅外光譜學的研究與John Salisbury及其研究小組關於中波紅外光譜學的研究，都促進了紅外遙感的發展。John Salisbury的基礎研究展示了該領域（尤其在發射率測量方面）的潛力，當然也發現了其物理上的復雜性。此項工作的許多數據被收錄在發射率光譜資料庫（ASTER光譜資料庫）中。
有幾項衛星任務（mission）目前可獲取熱紅外區間的圖像數據，它們分別具有不同的空間解析度與時間解析度，包括ASTER（空間解析度90m，每16d重訪一次）、MODIS（中解析度成像分光輻射計，空間解析度1km，每日重訪一次）、SEVIRI/MSG（旋轉增強型可見光-紅外成像儀，空間解析度3km，每15min重訪一次）及AVHRR-3/METOP（改進型超高解析度輻射計，空間解析度1.1km，每日重訪一次）。盡管這些感測器可獲取陸地表面溫度信息，但由於其空間解析度與光譜解析度過低，故不能精確測量發射率。此外，還有許多計劃中的衛星任務，例如美國宇航局（NASA）的HyspIRI（空間解析度60m，每周重訪一次）、搭載在歐洲航天局（ESA）的「哨兵-3」（SENTINEL-3）上面的SLSTR（海洋與陸地表面溫度輻射計，解析度500～1000m），以及多個可能部署的機載感測器，如AHS（機載高光譜掃描儀）、ITRES Sasi-600、Specim AISA Owl、SEBASS（空間增強型波段陣列光譜系統）等。
二、應用范圍及應用實例
機載/星載熱紅外高光譜數據源較少，因此在一般地質應用中不多見。目前多見於火星地質研究。在地質填圖中應用的熱紅外數據主要來源於SEBASS。而火星熱紅外礦物填圖研究使用的是「火星全球勘測者（MGS）」任務上的熱發射光譜儀（TES）。
三、資料來源
van der Meer F D，van der Werff H M A，van Ruitenbeek F J A et al.2012.Multi⁃and hyperspectral geologic remote sensing：A review.International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation，14（1）：112～128
E. 高光譜遙感的成像光譜特點
高光譜遙感技術是近些年來迅速發展起來的一種全新遙感技術，它是集探測器技術、精密光學機械、微弱信號檢測、計算機技術、信息處理技術於一體的綜合性技術。高光譜遙感實現了對地物的空間信息、輻射信息和光譜信息的立體同步獲取，從而大大提高了遙感影像獲取地面目標的能力。高光譜遙感的光譜信息反映了地物的物質結構，所以利用光譜信息可以定量地描述不同地物成分，從而達到利用光譜信息識別微量成分，甚至是地物化學成分。
高光譜遙感的成像光譜儀技術把成像技術和分光譜技術有機地結合起來（趙英時，2003）。由於成像光譜儀高光譜解析度的巨大優勢，光譜的覆蓋范圍從可見光到熱紅外，可獲取地表觀測數據中豐富的光譜信息，已成為人們利用高光譜遙感數據進行地物精確分類、地物特徵信息提取和識別的重要依據。成像光譜技術的興起與發展，極大地增強了遙感對地的觀測能力和對地物的鑒別能力，使遙感從鑒別發展到對地物的直接識別，使遙感工作方法由圖像分析轉變為以譜分析為主的圖譜結合模式，也使遙感應用逐漸擺脫 「看圖識字」 的階段，而越來越依賴於對地物波譜特徵定量分析和理解（Boardman，1994；王潤生等，2007）。成像光譜的突出特點在於：
（1）高光譜解析度
高光譜成像光譜儀可以同時獲取紫外線、可見光、紅外線、微波等波段的光譜信息，並且能夠將它們劃分成幾百個甚至上千個連續的波段間隔非常窄的光譜段。一般而言，目前的感測器能識別的波段間隔通常是10nm左右，甚至可以達到2.5nm。例如，美國的機載航空可見光/紅外成像光譜儀（AVIRIS）採集的數據，可以獲得224個連續的高光譜波段，波段范圍0.4～2.45μm，像元的空間解析度為3.5m，波段寬度為10nm。
（2）圖譜合一，多維表達
成像光譜儀在獲得數十、數百個光譜圖像的同時，可以顯示影像中每個像元的連續光譜。成像光譜儀把地表地物以光譜波段的形式顯示在高光譜影像上，使得高光譜影像同時具有光譜特徵和普通遙感影像的空間特徵，從而達到了 「圖譜合一」 的形式。
地物波譜研究表明，地表物質在0.4～2.5μm光譜區間內均有可以作為識別標志的光譜吸收帶，其帶寬約20～40nm，成像光譜儀的高光譜解析度可以捕捉到這一信息。它所提供的每個像元或像元組的連續光譜，較客觀地反映了地物光譜特徵以及光譜特徵的微弱變化，因此可以通過成像光譜儀獲得的光譜來精細地描述地物的細微差異，可以進行光譜波形形態分析，並與實驗室、野外及光譜資料庫的光譜匹配，從而檢測出具有診斷意義的地物光譜特徵（一些特殊的窄波長間隔的吸收/反射特徵），使利用光譜信息直接識別地物成為可能。
（3）數據量大，信息冗餘多，隱含特徵豐富
由於高光譜遙感具有成百上千的波段，因此一幅影像有著巨大的數據量。且在提供豐富詳細信息的同時，由於不同波段，特別是相鄰波段之間往往具有較強的相關性，導致信息冗餘。但不同波段具有不同的優勢應用方面，因此也不能簡單地應用某一波段取代其他波段，所以處理信息量與光譜信息的關系也是一個重要問題。又因為高光譜遙感影像從圖像、光譜兩個角度對地物進行表達，所以通過對影像和光譜向量的處理可以獲得大量隱含的、豐富的對地物識別與處理有用的特徵（陳志軍，2006）。因此，合理使用光譜維數據，有效地減少冗餘的信息，發掘隱含在光譜波段之間的信息對於地物微量信息識別具有重要的作用，也是目前研究的熱點之一。
（4）空間解析度較高
航空成像光譜儀均具有較高的空間解析度。一般瞬時視場角（IFOV）為1.0～3.0mrad（毫弧度），個別小於1mrad等。
F. 請問下哪裡能找到matlab能直接使用的高光譜圖像資料庫。謝謝了
我也在找，國內除了專門的科研機構有，一般人沒有，可以去國外的網站找找，如果你找到的話，給我一份，我可以象徵性地購買1000張100元。qq 2309907219,你還可以去中國探月工程數據中心和國家氣象局那找找，他們的數據要申請還要嚴格審查，更重要的是收費！
G. 高光譜解析度遙感在地質中的應用前景
高光譜解析度遙感應用於地質是光學、結晶學、光譜學、感測器技術和圖像處理技術等學科共同發展的結果。由於它具有將高光譜解析度的圖像與光譜合二為一的特點，不僅能有效地直接識別地表物質，而且還能更深入地研究地表物質的成分及結構。
因此，在地質應用中可在以下幾個方面作出貢獻：
1.製作基礎地質圖件
利用高光譜圖像豐富的光譜和紋理信息，可以全面、快速、經濟有效地對研究區岩石分布、構造形跡展布及沉積環境等進行綜合研究，為相應的各種地質研究提供源信息並加以更新在研究區中可以利用圖像光譜特徵與光譜資料庫中光譜的相似性，如光譜角度填圖（SAM），進行岩石識別與分類，從而繪制不同岩石類型的分布圖、不同構造單元的岩相圖、不同變質程度的變質岩分級圖以及火山岩系、火山機構的調查圖等專題圖。
2.反演大地構造演化過程
根據高光譜吸收特徵的細微差別，利用遙感信息提取技術，如光譜角度填圖、岩礦光譜指數等，對變質岩區的蝕變礦物進行研究，再造區域內構造演化的溫壓環境。同時可利用光譜混合分解模型、高斯模型以及相似性測度等，技術提取岩礦蝕變信息，加強對變質岩系的光譜特徵研究，建立高光譜遙感變質岩原岩恢復模型，再造動力變質環境。對沉積岩區可通過加強該區沉積岩系的識別與分類制圈，進行區域對比，進行古地理環境再造。對岩漿岩區的研究則可根據該區火山岩系的高步譜岩性識別與制圖，全面展示不同構造的展布情況和空間關系。由火成岩和區域岩漿活動特徵，進行古大AV石腳構造單元劃分與大地構造環境再造。
3.顯示地質體空間關系
結合高光譜圖像的紋理信息，利用定量遙感模型，確定岩礦的分布，進行岩礦的分布關系研究
4.成礦預鍘
通過岩石光譜信息模型反演某些指示礦物的豐度分布。結合遙感專題、圖件以及豐富的紋理信息，藉助於相應的成礦模式和理論，可以從全局、綜合的角度對研究區的礦產進行可持續的勘探和開發。
H. 論述地物光譜資料庫在遙感分類中的作用
定義
光譜庫是由高光譜成像光譜儀在一定條件下測得的各類地物反射光譜數據的集合。
簡單來說就是物體和該物體的光譜信息。
用處
在遙感有監督分類的過程中，需要已知目標的光譜數據，用於分類訓練或者結果檢驗。這時候就需要地物光譜資料庫來提供，光譜庫越完善，分類精度越高。
可以簡單的理解為分類的參考依據。
目前常用光譜庫
（1）USGS顧客，是1993年美國地質勘探局USGS建立，波長范圍0.2 ～ 3.0um。
（2）JPL光譜庫，主要為礦物的光譜數據。最後按照小於45um,，45～125um,，125～500um 3 種粒度，分別建立了3 個光譜庫JPL1，JPL2， JPL3，反映了粒度對光譜反射率的影響。
（3）JHU光譜庫，是約翰霍普金斯大學提供了包含15 個子庫的光譜庫，針對不同的地物類型選用了不同的分光計，並且每種地物都給出了詳細的文本介紹。
（4）ASTER 光譜庫，是2000 年加利福尼亞技術研究所建立。光譜庫的數據來源於USGS、JPL、JHU3 個光譜庫，共計8 類，包含:礦物類(1348 種)，岩石類(244 種)，土壤類(58 種)，月球類(17 種)，隕石類(60 種)，植被類(4 種)，水/雪/冰(9 種)和人造材料(56 種)。
（5）中科院遙感所資料庫，由1998 年中科院遙感所建立，共收集地物光譜數據5000 條,這是我國第一部系統的光譜庫