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高光譜成像技術的應用場景

2023-09-20

高光譜成像技術將傳統的二維成像遙感技術和光譜技術有機結合，其主要特征是在對地物目標空間成像的同時獲取該目標的連續光譜信息。隨著高光譜成像技術的日益成熟，其應用前景也越來越廣闊。本文簡單介紹了高光譜成像技術的應用場景。

高光譜成像技術

高光譜遙感數據是一個光譜圖像立方體，其首要特點是光譜分辨率高。相對于單波段全色數據或多光譜遙感數據，高光譜數據以窄的波段區間、多的波段數量提供遙感信息，能夠有效捕捉地物光譜特征。可見，高光譜數據可涵蓋探測譜段范圍內的地物光譜信息，大幅提高了精細信息的表達能力。利用高光譜圖像數據涵蓋的地物豐富的精細光譜信息，依據地物光譜特征產生的內在機理，可實現地物成分信息的反演與地物識別。

高光譜遙感數據處理的核心是地物光譜分析，而高光譜成像技術的定量化水平是支撐應用的基礎與保障。隨著高光譜成像技術的日益成熟，其應用前景也越來越廣闊，其典型應用包括，農作物長勢和產量評估、作物類別調查和病蟲害監測、林業遙感、海洋資源普查、水色水質變化、葉綠素和浮游生物含量分析、海岸帶和海洋生態變化及海洋污染監測、地質資源調查、環境監測、洪澇、干旱、冰雹、林火和地震等多種災害監測與災情評估。以下是詳細介紹。

1. 精準農業

農業攸關國計民生，農業信息至關重要。高光譜遙感技術的發展為遙感信息定量應用開辟了新的領域，并逐漸成為新興的精準農業最重要的技術手段之一。高光譜遙感技術可以準確獲得植物的精細光譜信息，建立監測模型，從而能夠精準監測作物的類型及播種面積、作物的生長環境及病蟲害、作物生理生化性狀、作物長勢和產量品質等，促進了農業的科學化管理和實現高產優質，為作物的科學管理和高產高效提供技術保障。

2. 植被調查

高光譜可用來估計一些森林物理參數，如葉面積指數（LAI）、材積、密度、森林覆蓋度、樹高等。LAI是植被重要的生物物理參數和植物生態研究中的一個重要指標，它與生物量、植被長勢均密切相關。過去應用遙感方法估計森林LAI的研究主要局限于一些相對較寬的波段的多光譜數據，精度不高，原因之一是寬波段高光譜遙感數據中往往混有相當比例的非植物光譜，致使各種植被指數與LAI的關系不緊密，而這種非植物光譜在高光譜遙感中采用光譜微分技術可以得到有效抑制，從而提高遙感數據LAI的相關性。

3. 巖礦探測

與多光譜遙感相比，高光譜遙感能夠以更高的光譜分辨率提取地物的診斷性光譜特征，這使得在多光譜遙感中不可區分的巖石和礦物光譜，可在高光譜遙感中得到精確識別。利用高光譜遙感識別巖礦，能夠直接提供同礦床成礦和蝕變相關的礦物種類、分布以及豐度信息。基于這些巖礦信息，可以有效地圈定相關礦產資源的勘探范圍，實現礦產資源大面積快速勘查。

4. 水體水質調查

隨著經濟發展和人類活動的不斷擴張，各種水體的水質狀況越來越受到影響，水環境監測已刻不容緩。20世紀70年代開始，一些國家應用航空遙感監測海岸帶污染，應用衛星遙感監測區域性的海上溢油、赤潮事件。赤潮水體與正常水體的光譜曲線形狀在700nm附近有所不同，差異表現在是否存在中心波長大于685nm的熒光峰，即赤潮水體的特征反射峰。寬光譜波段不能有效捕捉水體復雜的光譜特性，而高光譜遙感數據具有較高的空間分辨率和連續的光譜信息，能進行有效的水體水色因子探測及提高光學水質參數反，演精度。

5. 大氣科學研究

高光譜遙感技術在大氣研究中的突出應用是云蓋制圖、云頂高度與云層狀態參數估算、大氣水汽含量與分布估算、氣溶膠含量估計與大氣光學特性評價等。利用高光譜成像技術，在準確探測大氣成分的基礎上，能提高天氣預報、災害預警等的準確性與可靠性。