一、高光譜遙感技術工作原理

高光譜遙感技術是通過搭載高光譜傳感器的衛(wèi)星、無人機等平臺，對地物表面進行光譜成像。高光譜傳感器能夠捕捉到地物表面反射、吸收、散射等光譜信息，并將其轉(zhuǎn)化為圖像數(shù)據(jù)。這些圖像數(shù)據(jù)包含了豐富的光譜信息，可以被用于各種應用領域。

二、高光譜遙感技術應用領域

環(huán)境監(jiān)測

高光譜遙感技術可以用于監(jiān)測大氣污染、水質(zhì)、土地利用變化等方面。通過分析地物的光譜特征，可以實時監(jiān)測環(huán)境變化，為環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。

用高光譜遙感發(fā)現(xiàn)“物質(zhì)指紋”

高光譜遙感就像一只“眼睛”，只是它探測的光譜范圍比人眼寬得多，也精細得多。而地面上的每種物體都有自己獨特的光譜特征，就像“指紋”一樣，專家通過高光譜遙感衛(wèi)星獲得的光譜信息就能識別出地物成分。

可以識別“指紋”的“天眼”

在高光譜觀測衛(wèi)星上，一共裝載著七臺遙感儀器，包含兩臺陸表成像儀與五臺大氣成分探測儀，探測譜段覆蓋了從紫外到長波紅外譜段，采用高光譜及高精度偏振等多種手段，獲取大氣和地表的空間幾何、輻射、光譜和偏振等多種信息。

之所以說高光譜觀測衛(wèi)星就像“眼睛”，是因為衛(wèi)星和人眼一樣，都是通過獲取光譜來采集信息的。但是，人眼的觀測范圍十分有限，僅限于對可見光頻率范圍內(nèi)的觀測，而高光譜觀測衛(wèi)星的“可見”范圍要廣得多。毛星介紹說，遙感儀器除了探測可見光到短波紅外，還可以探測紫外、中紅外和熱紅外等波段。如果把高光譜設備比作一臺相機，它的功能就是可以在每個光譜波段拍一張照片，比如有的傳感器在400—2500納米范圍內(nèi)有330個光譜通道，就意味著，它一次能拍攝同一個區(qū)域的330張照片。

農(nóng)業(yè)

高光譜遙感技術在農(nóng)業(yè)領域也有廣泛的應用，如作物生長狀況監(jiān)測、病蟲害檢測、土壤質(zhì)量評估等。通過分析作物的光譜特征，可以實時監(jiān)測作物生長狀況，為精準農(nóng)業(yè)發(fā)展提供有力支持。遙感可以獲得大量的信息，多平臺和多分辨率， 快速、覆蓋范圍廣等，是遙感數(shù)據(jù)的一個重要的優(yōu)勢。農(nóng)業(yè)遙感技術是遙感技術和農(nóng)業(yè)科學技術相結合形成的，是可以及時掌握農(nóng)業(yè)資源、作物生長以及農(nóng)業(yè)災害信息等的最佳方式，在調(diào)查和評估，以 及 農(nóng) 業(yè) 生產(chǎn)的監(jiān)測和管理中具有獨特的作用?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè) 遙感發(fā)展的新興技術，可以實時監(jiān)測湖泊和水庫水 面 的高度以及評價區(qū)域水資源和農(nóng)業(yè)干旱，包括作物 品 種質(zhì)量監(jiān)控和鑒定。

由于高光譜遙感不會對農(nóng)作物造成損害，因而被廣泛應用于監(jiān)測農(nóng)作物的葉片面積。這彌補了傳統(tǒng)遙感技術獲取農(nóng)作物葉面積指數(shù)時間過長的缺點，從 而 獲得最準確、損害最小的遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)。通過 高 光 譜 的觀測和分析，可以得到更為精確的農(nóng)作物葉面積指數(shù)，形成不同的遙感反演模型。如，使用地物光譜儀測量冬小麥在特定波段范圍內(nèi)的反射率和透射率，使 用冠層分析儀對冬小麥進行分析，形成光譜曲線；經(jīng) 過觀測，形成遙感反演模型，并將模型估計值與實際 觀測值進行對比，結果顯示，明顯提高了遙感反演模 型的整體精度。現(xiàn)階段，我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的主要 方向和目標是精細農(nóng)業(yè)，在農(nóng)業(yè)監(jiān)測中高光譜遙感 技 術具有快速高效、準確、無損的特點，已經(jīng)成為了農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測中被廣泛應用的手段。精細農(nóng)業(yè)可以通 過 科學、系統(tǒng)的管理方法對農(nóng)業(yè)資源利 用進行合理規(guī) 劃，在不污染環(huán)境的前提下，通過遙感技術提高農(nóng)產(chǎn) 品產(chǎn)量和質(zhì)量。考慮到精細農(nóng)業(yè)對數(shù) 據(jù)和信息的需 求，傳統(tǒng)的分析方法已不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需 要。因此，３Ｓ技術的綜合被應用到農(nóng)業(yè)監(jiān)測中。高 光譜遙感在精準農(nóng)業(yè)的發(fā)展中得到了廣泛的應用。利 用高光譜技術獲得更完整和更準確的農(nóng)作物參數(shù)，為 農(nóng)作物的種植與管理提供了有利的保障。高光譜遙感技術除了上述內(nèi)容，在全面的農(nóng)作物質(zhì)量監(jiān)測，通過獲取農(nóng)作物在不同生長時期的數(shù)據(jù)特征進 行 全面的預測以及最后的生產(chǎn)，目前主要集中在不同農(nóng)作物的種植面積和產(chǎn)量以及質(zhì)量監(jiān)測過程中的數(shù)據(jù)訪 問與存儲。雖然高光譜技術已經(jīng)全面、準確應 用 于 農(nóng) 業(yè)中，但還需要進一步的研究。如何將高光譜 遙 感 技 術應用于作物機理和農(nóng)業(yè)信息的監(jiān)測以及完善農(nóng)業(yè)光 譜信息數(shù)據(jù)庫，為進一步提高農(nóng)業(yè)信息監(jiān)測模型的 適 用性和準確性提供支持。

地質(zhì)勘探

高光譜遙感技術在地質(zhì)勘探領域具有重要的應用價值，如礦產(chǎn)資源勘查、地質(zhì)災害預警等。通過分析地物的光譜特征，可以識別出不同的礦產(chǎn)資源和地質(zhì)災害風險區(qū)域，為地質(zhì)勘探和資源開發(fā)提供有力支持。高光譜影像包含了豐富的地表空間、光譜和輻射的三重信息，它同時表現(xiàn)了地物的空間分布并獲得了以像元為目標的地物光譜信息。隨著成像光譜儀的光譜分辨率和空間分辨率的不斷提高，高光譜遙感廣泛的應用于地質(zhì)調(diào)查、植被研究、海洋遙感、農(nóng)業(yè)遙感、大氣及環(huán)境遙感等領域中，并發(fā)揮越來越重要的作用，其中地質(zhì)是高光譜遙感技術應用最成功的一個領域。高光譜遙感通過搭載于航空或航天平臺上的成像光譜儀測量巖石、礦物等地物的光譜特性、獲取圖譜合一的信息來識別地物、探測環(huán)境,即獲取光譜數(shù)據(jù)的空間模式。地物的光譜特性是高光譜遙感的基礎。

高光譜遙感巖礦識別

巖石光譜識別是指通過對巖石礦物光譜和實驗室測量的參考光譜進行匹配或巖石礦物光譜與參考光譜數(shù)據(jù)庫進行比較, 求出它們之間的相似或差異性, 從而直接識別礦物、提取 巖性、蝕變、礦化等信息。高光譜遙感的最大優(yōu)勢在于利用有限細分的光譜波段, 去再現(xiàn)象元對應物的波譜曲線。利用整個光譜曲線進行巖石、礦物識別, 可以在一定程度上改善單個波形的不確定影響如光譜漂移、變異等,提高識別精度?；谡麄€波形的識別技術方法關鍵是合理選擇一定函數(shù)來測定實測光譜與參考光譜數(shù)據(jù)庫中對應的光譜的相似性。

對做過預處理(輻射校正、幾何校正、大氣校正)的高光譜遙感圖像,依據(jù)對譜形特征研究 角度的不同,可以分為基于特征譜帶(單個譜形特征)的礦物識別方法和基于完全波形特征(整個譜形特征)的礦物識別方法(如圖1所示) 。

軍事偵察

高光譜遙感技術在軍事偵察領域也有廣泛的應用，如偵察目標識別、戰(zhàn)場環(huán)境監(jiān)測等。通過分析地物的光譜特征，可以實時監(jiān)測戰(zhàn)場環(huán)境，為軍事決策提供有力支持。

高光譜目標探測和識別在軍事領域的應用

高光譜探測和識別技術在軍事領域具有極為廣闊的應用前景。目前，基于高光譜數(shù)據(jù)的目標探測及精準識別技術已在多個國家制定了實用可靠的發(fā)展計劃。美國作為高光譜遙感大國和軍事強國，在高光譜遙感技術制備方面一直處于國際領先地位，其HMD（Hyperspectral Mine Detection，高光譜地雷探測）計劃、HRST（Hyperspectral Remote Sensing Technology，高光譜遙感技術）計劃和 Dark Horse計劃均對高光譜探測識別開展了研究。此外，以色列科學家利用CASI高光譜成像光譜儀在特拉維夫市（Tel Aviv Yafo）進行研究，通過CASI圖像選擇典型的地物作為端元數(shù)據(jù)，實施可靠的戰(zhàn)場詳細偵察。在軍事目標偵察、識別偽裝方面，高光譜遙感能夠依據(jù)背景與偽裝目標不同的光譜特性發(fā)現(xiàn)軍事裝備，通過光譜特征曲線可反演出目標的組成成分，從而揭露與背景環(huán)境不同的目標及其偽裝。在軍事作戰(zhàn)環(huán)境下，對綠色偽裝材料的檢測是偽裝檢測過程中的重要環(huán)節(jié)，基于高光譜圖像開展偽裝檢測可以利用植物的紅邊效應（植被在680~720nm波段范圍反射率升高），通過檢測其位置和斜率的特征就可以識別植被的種類和狀態(tài)；而現(xiàn)有綠色偽裝材料的光譜曲線大體上可以與植被相吻合，但是在高光譜細微的分辨能力下，經(jīng)過偽裝的目標也無所遁形?，F(xiàn)有研究表明，以植被的紅邊作為基本識別特征，高光譜圖像的偽裝目標識別準確率達到了99%。

高光譜遙感技術是遙感領域的一種新興技術，具有廣泛的應用前景和發(fā)展空間。在未來，隨著技術的不斷進步和創(chuàng)新，高光譜遙感技術將為人類社會帶來更多的便利和福祉。