高光譜遙感的核心技術(shù)有哪些?
發(fā)布時間:2023-11-22
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高光譜遙感的核心技術(shù)的不斷發(fā)展,推動高光譜遙感在各個領(lǐng)域的應(yīng)用和普及。那么,高光譜遙感的核心技術(shù)有哪些呢?本文進(jìn)行了簡單總結(jié)。
高光譜遙感的核心技術(shù)的不斷發(fā)展,推動高光譜遙感在各個領(lǐng)域的應(yīng)用和普及。那么,高光譜遙感的核心技術(shù)有哪些呢?本文進(jìn)行了簡單總結(jié)。
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探測器焦平面技術(shù)
成像光譜儀的發(fā)展首先依賴于探測器焦平面技術(shù)的發(fā)展。目前世界上硅焦平面探測器技術(shù)已十分成熟,大面陣和長線陣的硅電感耦合器件( charge coupleddevice , CCD)也已經(jīng)商品化。因此,采用硅CCD面陣把可見/近紅外波段的成像光譜儀的光譜采樣間隔細(xì)分到1 ~2 nm也并不困難。國際上已有多種采用面陣CCD探測器的高質(zhì)量成像光譜儀。而紅外波段的成像光譜儀的發(fā)展更是受益于紅外焦平面器件性能的提高,在短波紅外光譜方面,目前常用的器件有InSb,HgCdTe等,但為了保證系統(tǒng)有足夠的靈敏度,要求器件的峰值D在10^12以上,如在AVIRIS 系統(tǒng)中使用的InSb器件就具有此性能。
圖中所示為幀轉(zhuǎn)移面型CCD的結(jié)構(gòu)圖。它由光敏元面陣(感光區(qū))、存儲器面陣和輸出移位寄存器三部分構(gòu)成。圖像成像到光敏元面陣,當(dāng)光敏元的某一相電極加有適當(dāng)?shù)钠珘簳r,光生電荷將收集到這些光敏元的勢阱里,光學(xué)圖像變成電荷包圖像。當(dāng)光積分周期結(jié)束時,信號電荷迅速轉(zhuǎn)移到存儲器面陣,經(jīng)輸出端輸出一幀信息。當(dāng)整幀視頻信號自存儲器面陣移出后,就開始下一幀信號的形成。這種面型CCD的特點是結(jié)構(gòu)簡單,光敏單元密度高,但增加了存儲區(qū)。
各種新型的光譜儀技術(shù)和精密光學(xué)技術(shù)
成像光譜儀中的光譜儀是整個系統(tǒng)中的核心部分,和傳統(tǒng)的單色儀相比,其光譜分辨力的要求沒有那么高,但系統(tǒng)的光學(xué)系數(shù)往往是非常小的,在1~2之間,即對光學(xué)設(shè)計的要求非常高。色散器件一般用光柵和組合棱鏡。為了提高成像光譜儀的光譜分辨能力并簡化系統(tǒng),許多新的分光技術(shù)也被紛紛采用,目前常用的有光柵分光光譜儀、傅里葉變換光譜儀、漸變?yōu)V光片光譜儀、旋轉(zhuǎn)濾光片輪光譜儀和聲光調(diào)制器光譜儀等。
高速數(shù)據(jù)采集﹑傳輸、記錄和實時無損數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)
由于成像光譜儀的光譜波段大幅度的增加,數(shù)據(jù)采集的帶寬也隨之成倍地加寬,但巨大的數(shù)據(jù)輸出率給數(shù)據(jù)的傳輸、記錄帶來了許多困難。如早期的成像光譜儀的數(shù)據(jù)記錄模式往往有兩種,-是光譜模式,即記錄有限空間像元所有光譜數(shù)據(jù),二是空間模式,即有選擇地記錄幾個有限的波段,其主要原因就是數(shù)據(jù)記錄設(shè)備的限制。為了既能記錄更多的有效信息,又能減少數(shù)據(jù)記錄和傳輸?shù)膲毫?,因此,針對成像光譜數(shù)據(jù)的實時無損壓縮技術(shù)就不斷地發(fā)展起來,成為數(shù)據(jù)處理的一個新的研究領(lǐng)域。目前計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,也帶動了各種記錄技術(shù)的發(fā)展,無論是磁帶、磁盤,還是光盤,這些設(shè)備的記錄速度和容量均在不斷上升,而價格卻在不斷下降,這極大的促進(jìn)了成像光譜技術(shù)的發(fā)展。
成像光譜儀的光譜與輻射定標(biāo)技術(shù)
從成像光譜儀的應(yīng)用要求出發(fā),數(shù)據(jù)必須從定性的解釋走向定量的計算,只有這樣才能發(fā)揮成像光譜儀的優(yōu)越性。因此,成像光譜儀的光譜和輻射定標(biāo)與數(shù)據(jù)的定量化反演就變得非常重要。成像光譜儀定量化技術(shù)包括:整機的實驗室光譜定標(biāo),以確定系統(tǒng)各個波段的光譜響應(yīng)函數(shù);實驗室的輻射定標(biāo),以確定系統(tǒng)各個波段對輻射量的響應(yīng)能力;機上.實時光譜校正,以確定使用波段的漂移;機上實時的輻射量定標(biāo),以確定系統(tǒng)輻射響應(yīng)率的變化。通過以上定標(biāo),就可得到在確定波段范圍和儀器光學(xué)口徑內(nèi)的輻射量。通過實驗或理論的手段,確定大氣對地物信號的影響,并進(jìn)行校正,這樣就可以得到地物表面光譜輻射數(shù)據(jù),再通過地面光譜反射率的定標(biāo),就可以取得地物的反射率。
成像光譜信息處理技術(shù)
成像光譜儀的數(shù)據(jù)具有多、高、大、快等特點,即波段多、光譜分辨率高、數(shù)據(jù)量大、產(chǎn)生數(shù)據(jù)快,因此傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法無法適應(yīng)成像光譜儀數(shù)據(jù)的處理。作為成像光譜儀的數(shù)據(jù)處理方法,主要應(yīng)解決以下幾個技術(shù)重點;①海量數(shù)據(jù)的高比例非失真壓縮技術(shù);②成像光譜數(shù)據(jù)高速化處理技術(shù);③光譜及輻射量的定量化和歸一化技術(shù);④成像光譜儀數(shù)據(jù)圖像特征提取及三維譜像數(shù)據(jù)的可視化技術(shù);地物光譜模型及識別技術(shù);成像光譜數(shù)據(jù)在地質(zhì)、農(nóng)業(yè)、植被、海洋環(huán)境大氣中的應(yīng)用模型技術(shù)。
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