高光譜遙感第一講

1、研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期主講：張顯峰北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院遙感與GIS研究所2010年3月1日高光譜遙感Lecture 1：An Overview of Hyperspectral RemoteSensing研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期Who am I?張顯峰，副教授，北京大學(xué)遙感與地理信息系統(tǒng)研究所19932000，中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所工作19972000，獲中國(guó)科學(xué)院遙感所地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)專業(yè)博士學(xué)位20012005，獲加拿大西安大略大學(xué)遙感信息科學(xué)專業(yè)博士學(xué)位Contact Information(聯(lián)系方式):Email

2、: ,Tel:62759123 RM: 遙感樓427研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期課程名稱（中文）：高光譜遙感課程名稱（英文）：Hyperspectral Remote Sensing學(xué)分/學(xué)時(shí)：2 / 34課程類型：專業(yè)選修星期一: 7、8節(jié)（14:40 - 15:30）； 理教116課程說明研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期課程目標(biāo)為“攝影測(cè)量與遙感”專業(yè)研究生開設(shè)的專業(yè)選修課程，重點(diǎn)介紹高光譜遙感的基本理論與概念、高光譜數(shù)據(jù)處理、專題信息提取與應(yīng)用；作為遙感技術(shù)的重要研究前沿，本課程將重點(diǎn)介紹數(shù)據(jù)處理方法與前沿研究領(lǐng)域與問題；以高光譜數(shù)據(jù)在巖性

3、礦物信息提取和生態(tài)遙感研究中的應(yīng)用為實(shí)例，揭示高光譜遙感的應(yīng)用特點(diǎn)與前景。上課與討論考勤：課程討論與PPT報(bào)告(1次)：實(shí)習(xí)課作業(yè)（2次）：期末考試：8122060%其中，考勤計(jì)算如下：10-210-1研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期光譜分辨率高(10-2)波段多 數(shù)十到數(shù)百譜 像合一的特點(diǎn)信息量大，一次數(shù)據(jù)獲取達(dá)千兆(GB)級(jí)數(shù)據(jù)速率高，數(shù)十 數(shù)百兆比特/秒能獲取地物目標(biāo)的精細(xì)光譜特征綜合地面目標(biāo)的空間維、時(shí)間維、光譜維特征探測(cè)各種目標(biāo)的成分屬性及動(dòng)態(tài)目標(biāo)的狀態(tài)屬性有利于利用光譜特征分析來研究地物有利于采用各種光譜匹配模型有利于地物的精細(xì)分類與識(shí)別各種需識(shí)別地面目標(biāo)的領(lǐng)

4、域農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、城市、環(huán)境、軍事特點(diǎn)能力優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用（偵察與反偵察）（偽裝與反偽裝）研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期高光譜圖象立方體（HSIC）成像光譜儀在空間成像的同時(shí)，以相同的空間分辨率記錄下幾十或者成百的光譜通道數(shù)據(jù)，它們疊合在一起，就構(gòu)成了高光譜圖像立方體，從高光譜圖像立方體的每個(gè)像元均可提取一條連續(xù)的光譜曲線。掃描方向波段方向研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期單個(gè)像元的光譜曲線航向不同地物的光譜曲線研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期影像立方體：image cube光譜曲線：Spectral curve研究生選修課：高光譜遙感20

5、09-2010學(xué)年第二學(xué)期為什么用高光譜?地物的波譜識(shí)別，使很多在寬波段遙感中不可探測(cè)的物質(zhì)的探測(cè)成為可能研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期明礬礦在高光譜與多光譜上的波譜差別研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期光譜曲線研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期高光譜起源、發(fā)展過程1970s年代開始有了雛形1983年第一個(gè)航空成像光譜儀（AIS-1）面世，推掃二維面陣成像，0.4-0.9 m1987年第二代高光譜成像儀問世（AVIRIS）, 掃描式陣列成像，首次獲得了0.4-2.5m波段數(shù)據(jù)(

6、224)研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期最初應(yīng)用于地質(zhì)研究應(yīng)用于植被監(jiān)測(cè)應(yīng)用于水質(zhì)監(jiān)測(cè)研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期真假草地區(qū)分研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期相同油漆下不同屋頂鋼材的識(shí)別IRSA CASN研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期高光譜遙感應(yīng)用目標(biāo)探測(cè)及識(shí)別綠色的草坪，綠色的飛機(jī)，綠色的機(jī)庫，綠色的房頂研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期高光譜遙感應(yīng)用目標(biāo)探測(cè)及識(shí)別研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期高光譜遙

7、感系統(tǒng)機(jī)載遙感系統(tǒng)星載遙感系統(tǒng)研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期機(jī)載遙感系統(tǒng)AIS1，1983，美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）AVIRIS，美國(guó)機(jī)載可見紅外成像光譜儀加拿大的熒光線成像光譜儀（FLI）美國(guó)Deadalus 公司的MIVISGER 公司的79 通道機(jī)載成像光譜儀（DAIS7915）芬蘭的機(jī)載多用成像光譜儀（DAISA）德國(guó)的反射式成像光譜儀（ROSIS10 和22）美國(guó)海軍研究所實(shí)驗(yàn)室的超光譜數(shù)字圖像采集試驗(yàn)（HYDICE）澳大利亞的HyMap （Hymap 在0.45-2.5m 光譜范圍有126 波段，同時(shí)在35m 和8-10m 兩個(gè)波長(zhǎng)區(qū)設(shè)置了兩個(gè)可供選擇的

8、波段，共有128 個(gè)波段）。研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期美國(guó)的Probe （Earth Search Sciences, Inc.公司開發(fā)的另外一個(gè)有影響的航空成像光譜儀系統(tǒng)，該系統(tǒng)在0.4-2.5m 區(qū)有128 波段，光譜分辨率為11-18nm）加拿大ITRES 公司的系列產(chǎn)品：可見光近紅外成像的CASI（CompactAirborne Spectrographic Imager）系列、在短波紅外成像的SASI （Shortwave Infrared Airborne Spectrographic Imager）、在熱紅外成像的TABI（Thermal Airbor

9、ne Spectrographic Imager）系列由美國(guó)GER 公司為德士古（TEXACO）石油公司專門研制的TEEMS 系統(tǒng)熱紅外的成像光譜儀：美國(guó)宇航公司研制的SEBASS，即空間增強(qiáng)寬帶陣列光譜儀系統(tǒng)(Spatially Enhanced Broadband Array SpectrographSystem)。它共有兩個(gè)光譜區(qū)：中波紅外，3.0-5.5m，帶寬0.025m; 長(zhǎng)波紅外,7.8-13.5m, 帶寬0.04m。前者（中波紅外區(qū)）有100 個(gè)波段而熱紅外區(qū)則有142 個(gè)波段。所使用的探測(cè)器為2 塊128128 的Si:As 焦平面，有效楨速率為120Hz，溫度靈敏度為0.0

10、5K, 信噪比2000:1。研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期主要傳感器介紹AVIRISFLI（熒光成像儀）、ASASCASI（小型機(jī)載成像光譜儀）光譜分辨率1.8nmHYDICE采用了CCD推掃式技術(shù)，210個(gè)波段我國(guó)的PHI，OMIS研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期PHI推掃式成像儀介紹2000.6日本長(zhǎng)野實(shí)驗(yàn)，具有80個(gè)波段的PHI高光譜圖像立方體高光譜遙感器研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期AVIRISRe flectance50%40%30%20%10%0%400 42

11、0 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700Wavelength, nm研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期Spectral CharacteristicsSargassum echinocarpumPorites lobata70%60%Porites compressaMontipora capitataSandRubble研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期Kaneohe Bay, OahuAVIRIS: Color imageA

12、VIRIS: Color image w/ land maskAVIRIS: Unsupervised classification研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期Classification SchemeUnconsolidated sediments:Sand and mud.Submerged vegetation:Seagrass and macroalgae.Coral reef and hardbottom:Coral reef and colonized hardbottom.Uncolonized hardbottom.Encrusting/coralli

13、ne algae.OtherLand, artificial, etc.8000-1150032或64600401.25mrad12.5/62.5145M/s950-2450100600401.2mrad15146M/s380-10502881500400.49mrad2.4145M/s光譜范圍（nm）波段數(shù)空間像元數(shù)總視場(chǎng)角瞬時(shí)視場(chǎng)角波段寬度（nm）數(shù)據(jù)編碼（bit）數(shù)據(jù)率TASI 600SASI 600CASI 1500研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期加拿大的CASI機(jī)載高光譜傳感器研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期CHRIS/PROBA的幾個(gè)關(guān)鍵

14、參數(shù)模式534438-10036-3317模式418486-7886-1117模式318438-10356-3317模式218406-10036-3317模式162406-9926-2034觀測(cè)模式波段數(shù)波段范圍（nm）波段寬度（nm）星下點(diǎn)空間分辨率（m）它是搭載在歐空局ESA小衛(wèi)星平臺(tái)PROBA（Project forOn-Board Autonomy）上的主要傳感器。PROBA小衛(wèi)星 2001年10月22日在印度的PSLV發(fā)射升空。它可實(shí)現(xiàn)多角度觀測(cè)。705 kmAltitudeAVIRIS Underflight(10 km 20 m)1 MinuteALI Multispectral

15、Swath Coverage(37 km 30 m)HyperionHyperspectralSwath CoverageLandsat-7Landsat ETM+MultispectralSwath Coverage(185 km 30 m)EO-1Atmospheric CorrectorHyperspectral Coverage(185 km 125 / 250 m)研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期Hyperion on EO-1(7.5 km 30 m)研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第二學(xué)期Hyperion imagery one(Bucharest, Romania, May 18, 2001,Band 18)研究生選修課：高光譜遙感2009-2010學(xué)年第