什么是高光譜，多光譜及超光譜？

高光譜，多光譜及超光譜是光譜學(xué)領(lǐng)域的三個(gè)重要概念。那么，什么是高光譜，多光譜及超光譜呢？本文對(duì)相關(guān)概念進(jìn)行了簡(jiǎn)單總結(jié)。

光譜分辨率spectral resolution

定義1：遙感器能分辨的最小波長(zhǎng)間隔，是遙感器的性能指標(biāo)。遙感器的波段劃分得越細(xì)，光譜的分辨率就越高，遙感影像區(qū)分不同地物的能力越強(qiáng)。

定義2：多光譜遙感器接收目標(biāo)輻射信號(hào)時(shí)所能分辨的最小波長(zhǎng)間隔。

光譜分辨率指成像的波段范圍，分得愈細(xì)，波段愈多，光譜分辨率就愈高，現(xiàn)在的技術(shù)可以達(dá)到5~6nm（納米）量級(jí)，400多個(gè)波段。細(xì)分光譜可以提高自動(dòng)區(qū)分和識(shí)別目標(biāo)性質(zhì)和組成成分的能力。

傳感器的波譜范圍，一般來(lái)說(shuō)識(shí)別某種波譜的范圍窄，則相應(yīng)光譜分辨率高。

舉個(gè)例子：可以分辨紅外、紅橙黃綠青藍(lán)紫紫外的傳感器的光譜分辨率就比只能分辨紅綠藍(lán)的傳感器的光譜分辨率高。

一般來(lái)說(shuō)，傳感器的波段數(shù)越多波段寬度越窄，地面物體的信息越容易區(qū)分和識(shí)別，針對(duì)性越強(qiáng)。

什么是高光譜，多光譜及超光譜

高光譜成像是新一代光電檢測(cè)技術(shù)，興起于2O世紀(jì)8O年代，目前仍在迅猛發(fā)展巾。高光譜成像是相對(duì)多光譜成像而言，通過(guò)高光譜成像方法獲得的高光譜圖像與通過(guò)多光譜成像獲取的多光譜圖像相比具有更豐富的圖像和光譜信息。如果根據(jù)傳感器的光譜分辨率對(duì)光譜成像技術(shù)進(jìn)行分類，光譜成像技術(shù)一般可分成3類。

(1) 多光譜成像——光譜分辨率在delta_lambda/lambda=0．1mm數(shù)量級(jí)，這樣的傳感器在可見(jiàn)光和近紅外區(qū)域一般只有幾個(gè)波段。

(2) 高光譜成像——光譜分辨率在delta_lambda/lambda=0．01mm數(shù)量級(jí)，這樣的傳感器在可見(jiàn)光和近紅外區(qū)域有幾十到數(shù)百個(gè)波段，光譜分辨率可達(dá)nm 級(jí)。

(3) 超光譜成像——光譜分辨率在delta_lambda/lambda =O．001mm=1nm數(shù)量級(jí)，這樣的傳感器在可見(jiàn)光和近紅外區(qū)域可達(dá)數(shù)千個(gè)波段。

眾所周知，光譜分析是自然科學(xué)中一種重要的研究手段，光譜技術(shù)能檢測(cè)到被測(cè)物體的物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分等指標(biāo)。光譜評(píng)價(jià)是基于點(diǎn)測(cè)量，而圖像測(cè)量是基于空間特性變化，兩者各有其優(yōu)缺點(diǎn)。因此，可以說(shuō)光譜成像技術(shù)是光譜分析

技術(shù)和圖像分析技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，是二者完美結(jié)合的產(chǎn)物。光譜成像技術(shù)不僅具有光譜分辨能力，還具有圖像分辨能力，利用光譜成像技術(shù)不僅可以對(duì)待檢測(cè)物體進(jìn)行定性和定量分析，而且還能進(jìn)對(duì)其進(jìn)行定位分析。

高光譜成像系統(tǒng)的主要工作部件是成像光譜儀，它是一種新型傳感器，2O 世紀(jì)8O年代初正式開(kāi)始研制，研制這類儀器的目的是為獲取大量窄波段連續(xù)光譜圖像數(shù)據(jù)，使每個(gè)像元具有幾乎連續(xù)的光譜數(shù)據(jù)。它是一系列光波波長(zhǎng)處的光學(xué)圖像，通常包含數(shù)十到數(shù)百個(gè)波段，光譜分辨率一般為1～l0nm。由于高光譜成像所獲得的高光譜圖像能對(duì)圖像中的每個(gè)像素提供一條幾乎連續(xù)的光譜曲線，其在待測(cè)物上獲得空間信息的同時(shí)又能獲得比多光譜更為豐富光譜數(shù)據(jù)信息，這些數(shù)據(jù)信息可用來(lái)生成復(fù)雜模型，來(lái)進(jìn)行判別、分類、識(shí)別圖像中的材料。

通過(guò)高光譜成像獲取待測(cè)物的高光譜圖像包含了待測(cè)物的豐富的空間、光譜和輻射三重信息。這些信息不僅表現(xiàn)了地物空間分布的影像特征，同時(shí)也可能以其中某一像元或像元組為目標(biāo)獲取它們的輻射強(qiáng)度以及光譜特征。影像、輻射與光譜是高光譜圖像中的3個(gè)重要特征，這3個(gè)特征的有機(jī)結(jié)合就是高光譜圖像。

高光譜圖像數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)立方體(cube) 。通常圖像像素的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別用x和Y來(lái)表示，光譜的波長(zhǎng)信息以(Z即軸) 表示。該數(shù)據(jù)立方體由沿著光譜軸的以一定光譜分辨率間隔的連續(xù)二維圖像組成。(Z軸的每一層對(duì)應(yīng)一定窄帶波長(zhǎng)的光譜圖像) 。