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什么是高光譜圖像？高光譜圖像科普文

2023-09-05

隨著近年來(lái)我國(guó)遙感事業(yè)的迅速發(fā)展，越來(lái)越多的遙感研究開始走進(jìn)人們的視野。那么，什么是高光譜圖像？看完這篇高光譜成像科普文你就知道了！

 遙感通俗地講就是不用接觸的，遠(yuǎn)距離的探測(cè)技術(shù)。一般指運(yùn)用傳感器或遙感器對(duì)物體（以實(shí)物和地面設(shè)施居多）的電磁波的輻射、反射特性的探測(cè)。獲取物體反射、輻射或散射的電磁波信息（如電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁波、地震波、光波等信息），并進(jìn)行提取、判定、加工處理、分析與應(yīng)用的一門科學(xué)和技術(shù)。

既然提到了光波，那么高光譜就成為了遙感技術(shù)最重要的應(yīng)用之一。

問大家一個(gè)問題，我國(guó)有960萬(wàn)平方公里，需要耗費(fèi)多少人力物力才能將我國(guó)地圖繪制出來(lái)呢？其實(shí)這個(gè)問題的答案很簡(jiǎn)單，使用衛(wèi)星遙感技術(shù)，在衛(wèi)星上使用高光譜成像儀進(jìn)行拍攝，根據(jù)地面反射的光譜信息判斷地面上究竟是什么建筑或地形。這項(xiàng)劃時(shí)代的技術(shù)根本理論在于：不同的物體對(duì)于光線照射會(huì)反射不同的波長(zhǎng)。

衛(wèi)星遙感繪制的我國(guó)地圖

光譜分辨率在10-2λ數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)的光譜圖像稱為高光譜圖像(Hyperspectral Image)。可以使用高光譜傳感器（即光譜成像儀）對(duì)需要探測(cè)的物體進(jìn)行在電磁波譜數(shù)十至數(shù)百個(gè)連續(xù)且細(xì)分的光譜波段對(duì)目標(biāo)區(qū)域同時(shí)成像。獲得的圖像中包含了大量信息，以光譜信息和地表信息為主，但其中有些波段信息冗余，故需要進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理后方可使用。

人類的眼睛只能接受可見光的范圍，但高光譜成像儀可以捕獲電子波譜上的任何波段的信息，可以發(fā)現(xiàn)人類傳統(tǒng)視覺難以發(fā)現(xiàn)的信息。

高光譜地表成像

高光譜圖像簡(jiǎn)而言之就是三維立體圖像，不同于黑白圖片是單通道，彩色圖片RGB三通道，高光譜圖像的通道數(shù)是由波段數(shù)決定的，圖像的長(zhǎng)寬與正常圖片相同，但包含了幾十甚至上百個(gè)波段的信息。比如對(duì)一個(gè)物體進(jìn)行高光譜成像，使用200*200像素并且選擇300個(gè)波段，那么最終成像結(jié)果是200*200*300的三維立體圖像。

波段圖

電磁波

下面展示一下蘋果在不同波段的高光譜成像儀下的圖片：

波長(zhǎng)從左至右依次增加，可以明顯看出蘋果對(duì)不同波長(zhǎng)的波反射結(jié)果不同。

三個(gè)波段