高光谱数据库
A. 高光谱遥感概述
所谓高光谱遥感，即高光谱分辨率遥感，指利用很多很窄的电磁波波段（通常＜10 nm）从感兴趣的物体获取有关数据；与之相对的则是传统的宽光谱遥感（通常＞100nm）且波段并不连续。高光谱图像是由成像光谱仪获取的，成像光谱仪为每个像元提供数十至数百个窄波段光谱信息，产生一条完整而连续的光谱曲线。它使本来在宽波段遥感中不可探测的物质，在高光谱中能被探测。
近20年来，高光谱遥感技术迅速发展，它集探测器技术、精密光学机械、微弱信号检测、计算机技术、信息处理技术于一体，已成为当前遥感领域的前沿技术之一。
1.2.1 高光谱遥感的起源和发展
随着基础理论和材料科学的不断进步，近20年来，高光谱遥感技术迅速发展，已成为除雷达遥感、激光遥感、超高分辨率遥感等技术以外，当前遥感领域的又一重要研究方向。
1.2.1.1 国外的高光谱成像仪研制情况
由于高光谱遥感在地物属性探测方面的巨大潜力，成像光谱技术得到了普遍重视。
（1）机载高光谱成像仪
1983年，第一幅高光谱影像由美国研制的航空成像光谱仪（AIS-1）获取，标志着第一代高光谱成像仪的面世。1987年，美国宇航局（NASA）喷气推进实验室（JPL）研制成功航空可见光/红外成像光谱仪（AVIRIS），这标志着第二代高光谱成像仪的问世。
（2）星载高光谱成像仪
在航天领域，由美国喷气推进实验室研制的对地观测计划中的中分辨率成像光谱仪（MODIS），随TER2RA卫星发射，成为第一颗在轨运行的星载成像光谱仪，从2000年开始向地面传送图像。
2000年，NASA发射的EO21卫星上搭载的高光谱成像仪（Hyperion），地面分辨率为30m，已在矿物定量填图方面取得了很好的应用效果。2002年美国的海军测绘观测（NEMO）卫星携带的海岸海洋成像光谱仪（COIS）具有自适应性信号识别能力，满足军用和民用的不同需求。另外，2007年6月交付美Kirtland空军基地的高光谱成像传感器将通过Tac2Sat23卫星载入太空。
目前，许多国家都在积极研制自己的高光谱传感器，已明确有发射计划的有德国环境监测与分析计划的EnMAP，南非的多传感器小卫星成像仪MSMI和加拿大高光谱环境与资源观测者HERO。
1.2.1.2 国外高光谱影像分析技术的研究现状
在成像光谱仪快速发展的同时，地物光谱数据库、高光谱影像分析技术研究也得到了迅速发展。
地物光谱数据库技术方面，以美国最为先进，有代表性的主要有JPL标准波谱数据库、USGS波谱数据库、ASTER波谱数据库和IGCP2264波谱数据库。此外，美国空军部门和环保局针对大气污染和空气成分的诊断建立了AEDC/EPA光谱数据库，并针对美国海军研究室研制的HYDICE成像光谱仪建立了森林高光谱数据库等。部分其他国家也展开了光谱数据库技术研究和建设工作，如英国在20世纪90年代初针对海水颜色研究建立了海水光谱数据库。
美国国家航空航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）、日本国家空间发展局（NASDA）和大学及研究所都有专门的高光谱影像应用分析的研究机构。
国外商业遥感图像处理系统，相继增加成像光谱数据处理模块，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 国内高光谱遥感技术发展现状
我国紧密跟踪国际高光谱遥感技术的发展，并结合国内不断增长的应用需求，于20世纪80年代中后期着手发展自己的高光谱成像系统。主要的成像光谱仪有中国科学院上海技术物理研究所研制的推扫式成像光谱仪（PHI）系列、实用型模块化成像光谱仪（OMIS）系列、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研制的高分辨率成像光谱仪（C2HRIS）和西安光机所研制的稳态大视场偏振干涉成像光谱仪（SLPIIS）。中国科学院上海技术物理研究所研制的中分辨率成像光谱仪（CMODIS）于2002年随“神舟”三号发射升空，并成功获取航天高光谱影像，其获取影像从可见光到近红外共30个波段，中红外到远红外的4个波段，空间分辨率为500 m。
2007年10月发射的“嫦娥1号”卫星已携带中国科学院西安光学精密机械研究所研制的干涉成像光谱仪升空，用于获取月球表面二维多光谱序列图像及可分辨地元光谱图，通过与其他仪器配合使用对月球表面有用元素及物质类型的含量与分布进行分析，获得的数据用于编制各元素的月面分布图。
从2007年到2010年，我国将组建环境与灾害监测预报小卫星星座，将携带超光谱成像仪，采用0.45～0.95μm波段，平均光谱分辨率为5nm，地面分辨率为100m。
我国在积极研制具有自主知识产权的成像光谱仪的同时，在地物光谱数据技术、高光谱影像分析技术等方面的研究中也取得了一系列可喜的成果。
20世纪90年代初期，中国科学院安徽光学精密机械研究所、遥感所等单位对大量的典型地物进行了波谱采集，建立了我国第一个综合性“地物波谱特性数据库”。1998年，中国国土资源航空物探与遥感中心建立了“典型岩石矿物波谱数据库”，其中包含了我国主要的典型岩石和矿物500 余种。2000年，中国科学院遥感所基于GIS和网络技术研制了典型地物波谱数据库及其管理系统，记录了10000多条地物波谱，并能动态生成相应的波谱曲线和遥感器模拟波段，实现了波谱数据库与“3 S”技术的链接。
1.2.2 高光谱成像仪简介
1.2.2.1 国外高光谱成像仪系统介绍
（1）航空高光谱成像仪
1983年，世界上第一台成像光谱仪AIS-1（Aero Imaging Spectrometer-1）在美国喷气推进实验室研制成功，并成功应用于植被研究、矿物填图等方面，向世界展示了高光谱成像技术具有的潜力。此后，美国机载先进的可见光红外成像光谱仪（AVIRIS）、加拿大的荧光线成像光谱仪（FLI）和在此基础上发展的小型机载成像光谱仪（AIS）、美国Deadalus公司的MIVIS，GER公司的79波段机载成像光谱仪（ROSIS-10 和 ROSIS-20）、美国海军研究所实验室的超光谱数字图像采集试验仪（HYDICE）先后研制成功（表1.1）。
表1.1 国外主要的机载高光谱成像仪信息
近年来，成像光谱技术在资源调查、农作物长势、病虫害、土壤状况、地质勘查等方面的成功应用让世界各国看到了这项新技术的巨大前景与潜力，世界上一些有条件的国家竞相投入到成像光谱仪的研制和应用中来。各国在研制的同时纷纷参考已有成像光谱仪的先进技术，使得新研制的系统在继承了老系统各种优势的同时，很多方面得到了进一步的提高，在稳定性、探测效率、综合性能等方面均得到了很大的进步。其中，具有代表性的有美国的Probe、澳大利亚的HyMap、美国GER公司为德士古（TEXACO）石油公司专门研制的TEEMS系统等。
Probe-1和Probe-2是Earth Search Sciences公司开发的另一个有影响的航空成像光谱仪系统，该系统在0.4～2.5μm区有128个波段，光谱分辨率为18 nm。
HyMap即“高光谱制图仪”（hyperspectral mapper）的简称，是以澳大利亚Intergrated Spectronics公司为主研制的。HyMap在0.25～0.45μm光谱范围有126个波段，同时在3～5μm和8～10μm两个波长区设置了两个可供选择的波段，共有128个波段。其数据在光谱定标、辐射定标和信噪比等方面都达到了较高的性能，总体光谱定标精度优于0.5 nm；短波红外波段（2.0～2.5μm）的信噪比都高于500∶1 ，有的波段其信噪比甚至高达1000∶1。
TEEMS是德士古能源和环境多光谱成像仪（Texaco energy ＆ environmental multispectral imaging spectrometer）的简称。这是一台由美国地球物理和环境研究公司（GER）应德士古的技术要求与德士古的专家合作专门研制的具有200 多个波段、性能十分先进的实用型高光谱成像仪。该系统在紫外、可见光、近红外、短波红外、热红外波段等波谱均具有成像能力，从而在石油地质勘探特别是在勘探与油气藏有关的特征中具有很大潜力。
近年来热红外成像光谱仪已有了实质性的进展。最具有代表性的是美国宇航公司研制的空间增强宽带阵列光谱仪系统（spatially enhanced broadband array spectrograph system，SEBASS）。SEBASS有两个光谱区：中红外，3.0～5.5μm，带宽为0.025μm；长波红外，7.8～13.5μm，带宽为0.04μm。它在中波红外区和长波红外区分别有100个、142个波段；所使用的探测器为两块128*128的Si：As焦平面，有效帧速率为120Hz，温度灵敏度为0.05℃，信噪比＞2000。热红外成像光谱仪为更好地反映地物的本质提供了珍贵的数据，已经被应用于探矿、地质填图、环境监测、农林资源制图、植被长势等诸多领域。
（2）航天高光谱成像仪
美国先后研制出中分辨率成像光谱仪（MODIS），EO-1高光谱卫星，并与日本合作研制出的先进星载热发射反射辐射计（advanced satellite thermal emission/reflection radiometer）以及美国军方的“Might-Sat”高光谱卫星，在航天成像光谱技术研究方面一直在世界遥遥领先。
MODIS是EOS-AM1卫星（1999年12月发射）和EOS-PM1（2002年5月发射）上的主要探测仪器——中分辨率成像光谱仪，也是EOS Terra平台上唯一进行直接广播的对地观测仪器。通过MODIS可以获取0.4～14μm范围内的36个波段的高光谱数据，为开展自然灾害、生态环境监测、全球环境和气候变化以及全球变化的综合性研究提供了重要的数据源。
MODIS是搭载在terra和aqua卫星上的一个重要的传感器，是卫星上唯一将实时观测数据通过x波段向全世界直接广播，并可以免费接收数据并无偿使用的星载仪器。MODIS可获取0.4～14μm范围内的36个波段的高光谱数据，为开展生态环境研究、自然灾害监测、全球环境和气候变化等研究提供了重要的数据源。
ASTER搭载在Terra卫星上的星载热量散发和反辐射仪，是于1999年12月18日发射升空的，由日本国际贸易和工业部制造。一个日美技术合作小组负责该仪器的校准确认和数据处理。ASTER是唯一一部高分辨解析地表图像的传感器，其主要任务是通过14个频道获取整个地表的高分辨解析图像数据——黑白立体照片。ASTER能在4到16天之内对同一地区进行成像，具有重复覆盖地球表面变化区域的能力。ASTER数据特点之一是基于用户要求的观测，即根据用户提出的要求来随时随地地获取影像。ASTER的宽谱覆盖和高分辨能力给科学家们在诸如监测冰河的前进与退却，对潜在的活火山的监测，鉴别作物能力，对云层形态及物理状况的监测，湿地评估，热污染监测，珊瑚礁的退化，土壤及地质的表面温度绘图，以及测量地表的热平衡等众多学科领域提供了可供鉴定的信息。
美国宇航局（NASA）的地球轨道一号（EO-1）是美国NASA新千年计划的一部分，在2000年11月21日发射。地球观测1号卫星与LandSat-7覆盖相同的地面轨道，两颗卫星对同一地面的探测时间相差约1分钟的时间。EO-1带有三个基本的遥感系统，即高级陆地成像仪（advanced land imager，ALI），高光谱成像仪（HYPERION）以及大气校正仪（liner etalon imaging spectrometer arrey atmospheric correction，LAC）。EO-1上搭载的高光谱遥感器hyperion是新一代航天成像光谱仪的代表，也是目前唯一在轨的星载高光谱成像光谱仪以及唯一可公开获得数据的高光谱测量仪，共有242个波段，光谱范围为400～2500nm，光谱分辨率达到10nm，空间分辨率为30m。
2000年7月，美国发射的MightSat-Ⅱ卫星上搭载的傅立叶变换高光谱成像仪（fourier transform hyperspectral imager，FTHSI）是干涉成像光谱仪的成功典范。
欧洲空间局于2001年10月成功发展了基于空中自治小卫星PROBA小卫星的紧密型高分辨率成像光谱仪（CHRIS），并发射成功。CHRIS在415～1050μm的成像范围内有五种成像模式，不同的模式下其波段数目、光谱分辨率和空间分辨率不等，波段数目分别是18 ，37和62 ，光谱分辨率为5～15nm，空间分辨率为17～20m或者34～40m。CHRIS能够从五个不同的角度（观测模式）对地物进行观测，这种设计使得其能获取地物反射的方向性特征。
欧洲空间局继美国AM-1 MODIS之后于2002年3月又成功发射了Envisat卫星，这是一颗结合型大平台先进的极轨对地观测卫星。其中分辨率成像光谱仪（MERIS）为一视场角为68.5°的推扫型中分辨率成像光谱仪，其地面分辨率为300m，在可见光-近红外光谱区有15个波段，可通过程序控制选择和改变光谱段的布局。
日本继ADEOS-1之后于2002年12月发射了后继星ADEOS-2 ，其上搭载了日本宇宙开发事业团的两个遥感器（AMSR和GLI）和国际或国内合作者提供的三个遥感器（POLAR，ILAS-Ⅱ，Sea Winds）。GLI在可见光-近红外和短波红外分别有23个、6个波段，而在中红外和热红外则有7个波段。到目前为止，已发射的具有代表性的星载成像光谱仪如表1.2所示。
表1.2 国外主要星载高光谱成像仪
1.2.2.2 我国高光谱成像仪系统介绍
（1）航空高光谱成像仪
我国成像光谱仪的发展经历了从多波段扫描仪到成像光谱扫描，从光机扫描到面阵CCD探测器固态扫描的发展过程。
“八五”期间，新型模块化航空成像光谱仪（molar aero imaging spectrometer，MAIS）的研制成功标志着我国的航空成像光谱仪技术和应用取得了重大突破。此后我国自行研制的推扫型成像光谱仪（PHI）和实用型模块成像光谱仪系统（OMIS）在世界航空成像光谱仪大家庭里占据了重要的地位。
（2）航天高光谱成像仪
我国于2002年3月发射的神舟3号无人飞船中就搭载了一个中分辨率的成像光谱仪（CMODIS），该仪器共有34个波段，波长范围在0.4～12.5μm。此外，环境减灾卫星搭载了115个波段的高光谱遥感器。“风云-3”气象卫星搭载的中分辨率成像光谱仪具有20个波段，成像范围包括可见光、近红外、中红外和热红外；“嫦娥一号”卫星搭载了我国自行研制的干涉成像光谱仪来探测月球物质。
1.2.3 高光谱遥感成像特点与数据表达
高光谱成像获取的图像包含了丰富的空间、辐射和光谱三重信息。其主要特点是将传统的图像维与光谱维信息融合为一体，在获取地表空间图像的同时，得到每个地物的连续光谱信息。高光谱数据是一个光谱图像的立方体，它由空间图像维、光谱维（从高光谱图像的每一个像元中可以获得一个“连续”的光谱曲线）和特征空间维（高光谱图像提供的是一个超维特征空间，挖掘高光谱信息需要深切了解地物在高光谱数据形成的N维特征空间中分布的特点与行为）。
1.2.4 高光谱遥感的主要应用领域
由于高光谱遥感能提供更多的精细光谱信息，有些学者将高光谱遥感的研究从最开始的矿物识别扩展到了水体、植被与生态、环境资源勘探等方面，但目前主要集中在地质、植被和水环境等研究领域。
1.2.4.1 在植被监测中的应用
高光谱遥感由于其具有超高的光谱分辨率，为植被参数估算与分析，植被长势监测及估产等方面提供了有力的支撑。
1）植物的“红边”效应：“红边（REP）”是绿色植物叶子光谱曲线在680～740nm之间变化率最快的点，也是一阶导数光谱在该区间内的拐点。“红边”是植物光谱曲线最典型的特征，能很好地描述植物的健康及色素状态。当“红边”向红外方向移动时，一般可以判定绿色植物叶绿素含量高、生长活力旺盛；相反，当“红边”向蓝光方向移动时，一般可能是植物处于缺水等原因造成叶片枯黄等不健康状态。当植物覆盖度增大时“红边”的斜率会变陡。
2）植被指数：植被指数主要反映植被在可见光、近红外波段反射与土壤背景之间差异的指标，各个植被指数在一定条件下能用来定量说明植被的生长状况，是利用遥感光谱数据监测地面植物生长和分布、定性、定量评估植被的一种有效方法。根据不同的研究目的，人们已经提出了几十种植被指数，如比值植被指数RVI，归一化植被指数NDVI，差值环境植被指数DVIEVI，垂直植被指数PVI，土壤调整植被指数SAVI等。
1.2.4.2 在农业中的应用
高光谱遥感在农业中的应用，主要表现在快速、精确地进行作物生长信息的提取、作物长势监测、估算植被（作物）初级生产力与生物量、估算光能利用率和蒸散量及作物品质遥感监测预报，从而相应调整物资的投入量，达到减少浪费，增加产量，改善品质，保护农业资源和环境质量的目的。使用高光谱遥感数据估计作物的农学参数主要有两类方法：一是通过多元回归方法建立光谱数据或由此衍生的植被指数与作物农学参数之间的关系；二是通过作物的红边参数来估计作物的物候性状及其农学参数。
1.2.4.3 在大气和环境方面的应用
高光谱遥感凭借其超高的光谱分辨率可以识别出宽波段遥感无法识别的因大气成分变化而引起的光谱差异，使人们利用高光谱遥感对周围的生态环境情况进行定量分析成为可能。利用高光谱技术可以探测到污染地区的化学物质异样，从而确定污染区域及污染原因；高光谱图像也可用来探测危险环境因素，例如，精确识别危险废矿物，编制特殊蚀变矿物分布图，评价野火的危险等级，识别和探测燃烧区域等。
1.2.4.4 在地质方面的应用
地质矿产调查是高光谱遥感应用中最成功的一个领域。各种矿物和岩石在电磁波谱上显示的诊断性光谱特征可以帮助人们识别不同矿物成分。在地质方面主要利用其探测岩石和矿物的吸收、反射等诊断性特征，从而进行岩石矿物的分类、填图和矿产勘查。
1.2.4.5 在军事上的应用
由于高光谱影像具有丰富的地面信息，可用于精确识别地物种类，在军事侦察、识别伪装方面得到了成功的应用。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征，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、油泄露、大气中水汽总量和次见度卷云等成像数据，对近海作战有十分重要的支撑意义。
B. 遥感光谱数据的获取
遥感技术从航空摄影测量逐步演变发展起来，大致经历了3个发展阶段：
1.航空摄影测量发展阶段
目前仍保存着的最早一帧航空相片是1860年J.W.布莱克从气球上拍摄的波士顿市的相片。在地质上的应用则始于1913年，有人在飞机上用摄影机对着非洲利比亚的本格逊油田摄影成像，并用这套肮空相片编制了本格逊油田地质图。航空摄影遥感主要以飞机或者气球为运载工具，用航空摄影机对目标获取信息，然后再经过负片和正片过程得到最终的航空相片。航空摄影利用的是电磁波可见光全色波段，用感光胶片接受所摄目标物反射来的太阳光线感光、成像，一般感光片的感光范围是0.3～0.9μm。航空摄影大多数情况下是垂直摄影，即航空摄影机主轴保持沿铅垂方向进行拍照；在特殊情况下，利用专门相机进行斜倾摄影。航空摄影按所利用的电磁波波段、相应的感光片及所成图像的特点，分成4种，即：航空可见光全色黑白图像；航空可见光真彩色图像：航空红外假彩色图像：航空红外黑白图像。其中，航空可见光全色黑白图像和航空红外假彩色图像最为常用，它们主要利用地物波谱的宽波段反射强度特性。
2.多光谱卫星遥感阶段
数字卫星成像首先是从气象卫星开始的，在1960年TIROS-1气象卫星提供了非常粗糙的卫星图像，主要用来展示云的样式。随后，在1970年代，美国国家海洋和大气管理局（NOAA）发射了甚高分辨率辐射传感器（AVHRR）进行气象预报，它的地面分辨率是1.1km，我们在电视气象预报节目中看到它所获得的云图。同时，从1970年代开始，相继发射了一些搭载更高分辨率传感器的卫星。如：1972年7月23日，美国国家航空和宇宙航行局（NASA）发射了第一颗专门用来进行地球表面监测和填图的地球资源技术卫星（ERTS-U），1975年被更名为陆地卫星（Landsat）。在Landsatl-3上都装有多光谱扫描仪（MSS），该扫描仪有4个波段，即绿、红和两个红外波段，地面分辨率约为80m。1982年，Landsat4搭载了专题制图仪（TM），它有7个波段，比MSS覆盖波谱范围更宽，波段宽度划分得更细些，更能反映地物反射光谱特性的变化规律，其地面分辨率除第6波段为120m外，均为30m。多光谱遥感的最典型特征是能够利用多个波段同时获取同一目标的多个波谱特征。这样就大大提高了遥感识别地物的能力。随后各国纷纷效仿，传感器的光谱范围从可见光、红外直至微波波段，应用范围也不断扩大。
3.成像光谱遥感技术发展阶段
成像光谱遥感技术是多光谱技术发展的一次跨越。Hunt的研究结果表明特征矿物的吸收宽度大约在20～40nm，而多光谱遥感数据（例如，MSS和TM）的光谱分辨率仅为100nm左右，因此遥感科学家们开始研究高光谱分辨率和空间分辨率的遥感传感器。1981年，一台航天飞机多光谱红外辐射计（SMIRR）随着美国航天飞机“哥伦比亚”号对地球表面进行了一次有限航带的观测，第一次实现了从空间通过高光谱分辨率遥感直鉴别碳酸盐岩以及粘土高岭土矿物，由此拉开了成像光谱遥感岩性识别的新篇章。继JPL的AIS-1和AIS-2以及AVIRIS航空成像光谱仪研制成功之后，加拿大也先后研制成功了FIL/PML，CAS1及SFSI等几种成像光谱仪（童庆禧等，1993）。其他的还有：HIRIS（high resolution imaging spectrometer）成像光谱仪，在0.4～2.5μm范围内有192 个光谱波段，地面分辨率30m，在0.4～1.0μm波长范围光谱分辨率为9.4nm，1.0～2.5μm范围内为11.7nm（Goetz＆ Herring 1989；Kerekes ＆ Landgrebe，1991）。美国地球物理环境研究公司（Geophysical and Environ-mental Research Corporation）的63通道成像光谱仪（GER）是专门为地质遥感研究设计的，被多次用于岩性填图（郑兰芬等，1992；Bamaby W rockwell，1997）。除航空成像光谱仪外，美国和欧洲空间局（ESA）已制定了发展航天成像光谱仪的计划，其中美国的中分辨率成像光谱仪（MODIS）已经加入地球观测系统（EOS）发射入轨，对地球实现周期性的高光谱分辨率遥感观测。欧空局的中分辨率成像光谱仪（MERIS）也将于同时发射（童庆禧等，1993）。
从1990～1995年，Roger N.Clark等人先后利用AVIRIS数据在美国内华达州，卡普来特试验场进行了矿物和岩性的识别和填图，他们发现成像光谱仪不仅能区分地表发射光谱中总体亮度和坡度差异（多光谱技术MSS，TM和SPOT区分地物的基础），而且能得出用于识别特殊地物的光谱吸收波段，成像光谱数据的光谱分析可以对任何在测量光谱范围内有独特吸收特征的物质（矿物、植被、人T物体、水体、雪等）进行识别和填图（Clark，R.N.et al.，1996）。
中国科学院上海技术物理研究所是我国成像光谱仪的主要研制机构。1983年研制成功了第一台工作于短波红外光谱区（2.05～2.5μm）的6通道红外细分光谱扫描仪，其光谱分辨率在30～50nm之间。1987年，在国家和中国科学院黄金找矿任务的驱动下，该仪器发展到12个通道，其波段位置更趋于与地面粘土矿物、碳酸盐岩矿物的吸收波段相一致，因而在地质岩性识别方面具有更大的能力（童庆禧等，1993）。另外还有热红外多光谱扫描仪（TIMS），19 波段多光谱扫描仪（AMSS）以及71波段多光谱机载成像光谱仪（MATS）等。这些光谱仪的数据主要用于油气资源遥感（朱振海，1993）和矿物制图（王晋年等，1996）等方面，数据的处理技术和矿物识别的理论研究都取得了不同程度的进展（李天宏，1997）。
综观遥感光谱数据的获取，具有几个新的发展：
①扩展了应用光谱范围，增加了光谱波段；②提高了光谱和空间分辨率；③具有获得立体像对的功能，打破了只有航空相片才能有立体像对的能力（如SPOT图像）；④改进了探测器性能或探测器器件，即线、面阵CCD器件；⑤提高了图像数据精度；⑥应用领域纵向发展，如用TM图像数据直接可以识别赤铁矿、针铁矿等矿物。
在20世纪末和21世纪初，空间高光谱成像卫星已成为遥感对地观测中的一项重要前沿技术，在研究地球资源、监测地球环境中发挥越来越重要的作用。
高光谱分辨率遥感技术的发展是20世纪末的最后两个10年中人类在对地观测方面所取得的重大技术突破之一，是当前乃至21世纪初的遥感前沿技术、通过高光谱成像所获取的地球表面的图像包含了丰富的空间、辐射和光谱三重信息。进入20世纪90年代后期，伴随着高光谱遥感应用的一系列基本问题，如高光谱成像信息的定标和定量化、成像光谱图像信息可视化及多维表达、图像-光谱变换、大数据量信息处理等的解决、高光谱遥感已由实验研究阶段逐步转向实际应用阶段，而作为高光谱遥感应用这一热点中的重点就是高光谱数据信息挖掘技术的提高和与之紧密相连的应用领域的扩展。
高光谱遥感数据最主要的特点是：将传统的图像维与光谱维信息融合为一体，在获取地表空间图像的同时，得到每个地物的连续光谱信息，从而实现依据地物光谱特征的地物成分信息反演与地物识别。它由以下3部分组成：
（1）空间图像维
在空间图像维，高光谱数据与一般的图像相似。一般的遥感图像模式识别算法是适用的信息挖掘技术。
（2）光谱维
从高光谱图像的每一个象元可以获得一个“连续”的光谱曲线，基于光谱数据库的“光谱匹配”技术可以实现识别地物的目的。同时大多数地物具有典型的光谱波形特征，尤其是光谱吸收特征与地物化学成分密切相关，对光谱吸收特征参数（吸收波长位置、吸收深度、吸收宽度）的提取将成为高光谱信息挖掘的主要方面。
（3）特征空间维
高光谱图像提供一个超维特征空间，对高光谱信息挖掘需要深切了解地物在高光谱数据形成的二维特征空间中分布的特点与行为，研究发现：高光谱的高维空间是相当空的，数据分布不均匀，且趋向于集中在超维立方体空间的角端，典型数据的差异性，可以映射到一系列低维的子空间，因此迫切需要发展有效的特征提取算法去发现保持重要差异性的低维子空间，从而有效地实现信息挖掘。
C. 铁矿粉的品位化验方法我想知道一种最精准铁精粉品位化验方法
咨询记录 · 回答于2021-07-09
D. 热红外高光谱
一、内容概述
发射光谱率可提供对可见光-近红外到短波红外（VNIR-SWIR）光谱具有补充作用的信息，几种关键的成岩/成壤矿物（石英、长石、橄榄石和辉石）在VNIR-SWIR波长范围内没有明显的光谱特征，而在热红外波长范围内拥有可诊断的吸收特征。热红外（8～14μm）和中红外（3～5 μm）区间对地质遥感研究极具潜力，但很少被研究，其可能原因有：①物理性质复杂，如热红外区间的体散射效应，中红外区间的发射率与温度干扰等；②缺少野外/实验室光谱测量仪与（机载/星载）高光谱数据。20世纪90年代初，Mike Abrams曾经演示过热红外与短波红外观察相结合的优点。依据热红外多波谱扫描数据，Simon Hook与其合作者发现可揭示有关信息的类型。对岩石/矿物热红外光谱学的研究与John Salisbury及其研究小组关于中波红外光谱学的研究，都促进了红外遥感的发展。John Salisbury的基础研究展示了该领域（尤其在发射率测量方面）的潜力，当然也发现了其物理上的复杂性。此项工作的许多数据被收录在发射率光谱数据库（ASTER光谱数据库）中。
有几项卫星任务（mission）目前可获取热红外区间的图像数据，它们分别具有不同的空间分辨率与时间分辨率，包括ASTER（空间分辨率90m，每16d重访一次）、MODIS（中分辨率成像分光辐射计，空间分辨率1km，每日重访一次）、SEVIRI/MSG（旋转增强型可见光-红外成像仪，空间分辨率3km，每15min重访一次）及AVHRR-3/METOP（改进型超高分辨率辐射计，空间分辨率1.1km，每日重访一次）。尽管这些传感器可获取陆地表面温度信息，但由于其空间分辨率与光谱分辨率过低，故不能精确测量发射率。此外，还有许多计划中的卫星任务，例如美国宇航局（NASA）的HyspIRI（空间分辨率60m，每周重访一次）、搭载在欧洲航天局（ESA）的“哨兵-3”（SENTINEL-3）上面的SLSTR（海洋与陆地表面温度辐射计，分辨率500～1000m），以及多个可能部署的机载传感器，如AHS（机载高光谱扫描仪）、ITRES Sasi-600、Specim AISA Owl、SEBASS（空间增强型波段阵列光谱系统）等。
二、应用范围及应用实例
机载/星载热红外高光谱数据源较少，因此在一般地质应用中不多见。目前多见于火星地质研究。在地质填图中应用的热红外数据主要来源于SEBASS。而火星热红外矿物填图研究使用的是“火星全球勘测者（MGS）”任务上的热发射光谱仪（TES）。
三、资料来源
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. 高光谱遥感的成像光谱特点
高光谱遥感技术是近些年来迅速发展起来的一种全新遥感技术，它是集探测器技术、精密光学机械、微弱信号检测、计算机技术、信息处理技术于一体的综合性技术。高光谱遥感实现了对地物的空间信息、辐射信息和光谱信息的立体同步获取，从而大大提高了遥感影像获取地面目标的能力。高光谱遥感的光谱信息反映了地物的物质结构，所以利用光谱信息可以定量地描述不同地物成分，从而达到利用光谱信息识别微量成分，甚至是地物化学成分。
高光谱遥感的成像光谱仪技术把成像技术和分光谱技术有机地结合起来（赵英时，2003）。由于成像光谱仪高光谱分辨率的巨大优势，光谱的覆盖范围从可见光到热红外，可获取地表观测数据中丰富的光谱信息，已成为人们利用高光谱遥感数据进行地物精确分类、地物特征信息提取和识别的重要依据。成像光谱技术的兴起与发展，极大地增强了遥感对地的观测能力和对地物的鉴别能力，使遥感从鉴别发展到对地物的直接识别，使遥感工作方法由图像分析转变为以谱分析为主的图谱结合模式，也使遥感应用逐渐摆脱 “看图识字” 的阶段，而越来越依赖于对地物波谱特征定量分析和理解（Boardman，1994；王润生等，2007）。成像光谱的突出特点在于：
（1）高光谱分辨率
高光谱成像光谱仪可以同时获取紫外线、可见光、红外线、微波等波段的光谱信息，并且能够将它们划分成几百个甚至上千个连续的波段间隔非常窄的光谱段。一般而言，目前的传感器能识别的波段间隔通常是10nm左右，甚至可以达到2.5nm。例如，美国的机载航空可见光/红外成像光谱仪（AVIRIS）采集的数据，可以获得224个连续的高光谱波段，波段范围0.4～2.45μm，像元的空间分辨率为3.5m，波段宽度为10nm。
（2）图谱合一，多维表达
成像光谱仪在获得数十、数百个光谱图像的同时，可以显示影像中每个像元的连续光谱。成像光谱仪把地表地物以光谱波段的形式显示在高光谱影像上，使得高光谱影像同时具有光谱特征和普通遥感影像的空间特征，从而达到了 “图谱合一” 的形式。
地物波谱研究表明，地表物质在0.4～2.5μm光谱区间内均有可以作为识别标志的光谱吸收带，其带宽约20～40nm，成像光谱仪的高光谱分辨率可以捕捉到这一信息。它所提供的每个像元或像元组的连续光谱，较客观地反映了地物光谱特征以及光谱特征的微弱变化，因此可以通过成像光谱仪获得的光谱来精细地描述地物的细微差异，可以进行光谱波形形态分析，并与实验室、野外及光谱数据库的光谱匹配，从而检测出具有诊断意义的地物光谱特征（一些特殊的窄波长间隔的吸收/反射特征），使利用光谱信息直接识别地物成为可能。
（3）数据量大，信息冗余多，隐含特征丰富
由于高光谱遥感具有成百上千的波段，因此一幅影像有着巨大的数据量。且在提供丰富详细信息的同时，由于不同波段，特别是相邻波段之间往往具有较强的相关性，导致信息冗余。但不同波段具有不同的优势应用方面，因此也不能简单地应用某一波段取代其他波段，所以处理信息量与光谱信息的关系也是一个重要问题。又因为高光谱遥感影像从图像、光谱两个角度对地物进行表达，所以通过对影像和光谱向量的处理可以获得大量隐含的、丰富的对地物识别与处理有用的特征（陈志军，2006）。因此，合理使用光谱维数据，有效地减少冗余的信息，发掘隐含在光谱波段之间的信息对于地物微量信息识别具有重要的作用，也是目前研究的热点之一。
（4）空间分辨率较高
航空成像光谱仪均具有较高的空间分辨率。一般瞬时视场角（IFOV）为1.0～3.0mrad（毫弧度），个别小于1mrad等。
F. 请问下哪里能找到matlab能直接使用的高光谱图像数据库。谢谢了
我也在找，国内除了专门的科研机构有，一般人没有，可以去国外的网站找找，如果你找到的话，给我一份，我可以象征性地购买1000张100元。qq 2309907219,你还可以去中国探月工程数据中心和国家气象局那找找，他们的数据要申请还要严格审查，更重要的是收费！
G. 高光谱分辨率遥感在地质中的应用前景
高光谱分辨率遥感应用于地质是光学、结晶学、光谱学、传感器技术和图像处理技术等学科共同发展的结果。由于它具有将高光谱分辨率的图像与光谱合二为一的特点，不仅能有效地直接识别地表物质，而且还能更深入地研究地表物质的成分及结构。
因此，在地质应用中可在以下几个方面作出贡献：
1.制作基础地质图件
利用高光谱图像丰富的光谱和纹理信息，可以全面、快速、经济有效地对研究区岩石分布、构造形迹展布及沉积环境等进行综合研究，为相应的各种地质研究提供源信息并加以更新在研究区中可以利用图像光谱特征与光谱数据库中光谱的相似性，如光谱角度填图（SAM），进行岩石识别与分类，从而绘制不同岩石类型的分布图、不同构造单元的岩相图、不同变质程度的变质岩分级图以及火山岩系、火山机构的调查图等专题图。
2.反演大地构造演化过程
根据高光谱吸收特征的细微差别，利用遥感信息提取技术，如光谱角度填图、岩矿光谱指数等，对变质岩区的蚀变矿物进行研究，再造区域内构造演化的温压环境。同时可利用光谱混合分解模型、高斯模型以及相似性测度等，技术提取岩矿蚀变信息，加强对变质岩系的光谱特征研究，建立高光谱遥感变质岩原岩恢复模型，再造动力变质环境。对沉积岩区可通过加强该区沉积岩系的识别与分类制圈，进行区域对比，进行古地理环境再造。对岩浆岩区的研究则可根据该区火山岩系的高步谱岩性识别与制图，全面展示不同构造的展布情况和空间关系。由火成岩和区域岩浆活动特征，进行古大AV石脚构造单元划分与大地构造环境再造。
3.显示地质体空间关系
结合高光谱图像的纹理信息，利用定量遥感模型，确定岩矿的分布，进行岩矿的分布关系研究
4.成矿预铡
通过岩石光谱信息模型反演某些指示矿物的丰度分布。结合遥感专题、图件以及丰富的纹理信息，借助于相应的成矿模式和理论，可以从全局、综合的角度对研究区的矿产进行可持续的勘探和开发。
H. 论述地物光谱数据库在遥感分类中的作用
定义
光谱库是由高光谱成像光谱仪在一定条件下测得的各类地物反射光谱数据的集合。
简单来说就是物体和该物体的光谱信息。
用处
在遥感有监督分类的过程中，需要已知目标的光谱数据，用于分类训练或者结果检验。这时候就需要地物光谱数据库来提供，光谱库越完善，分类精度越高。
可以简单的理解为分类的参考依据。
目前常用光谱库
（1）USGS顾客，是1993年美国地质勘探局USGS建立，波长范围0.2 ～ 3.0um。
（2）JPL光谱库，主要为矿物的光谱数据。最后按照小于45um,，45～125um,，125～500um 3 种粒度，分别建立了3 个光谱库JPL1，JPL2， JPL3，反映了粒度对光谱反射率的影响。
（3）JHU光谱库，是约翰霍普金斯大学提供了包含15 个子库的光谱库，针对不同的地物类型选用了不同的分光计，并且每种地物都给出了详细的文本介绍。
（4）ASTER 光谱库，是2000 年加利福尼亚技术研究所建立。光谱库的数据来源于USGS、JPL、JHU3 个光谱库，共计8 类，包含:矿物类(1348 种)，岩石类(244 种)，土壤类(58 种)，月球类(17 种)，陨石类(60 种)，植被类(4 种)，水/雪/冰(9 种)和人造材料(56 种)。
（5）中科院遥感所数据库，由1998 年中科院遥感所建立，共收集地物光谱数据5000 条,这是我国第一部系统的光谱库