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，一般來說識(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。

一般來說，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，通過高光譜成像方法獲得的高光譜圖像與通過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)信息可用來生成復(fù)雜模型，來進(jìn)行判別、分類、識(shí)別圖像中的材料。

通過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) 。