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光谱图像与高光谱图像的区别介绍

发布时间:2019-07-03 05:21 来源:未知 编辑:admin

  光谱分辨率在10l数量级范围内的光谱图像称为高光谱图像(Hyperspectral Image)。遥感技术经过20世纪后半叶的发展,无论在理论上、技术上和应用上均发生了重大的变化。其中,高光谱图像技术的出现和快速发展无疑是这种变化中十分突出的一个方面。通过搭载在不同空间平台上的高光谱传感器,即成像光谱仪,在电磁波谱的紫外、可见光、近红外和中红外区域,以数十至数百个连续且细分的光谱波段对目标区域同时成像。在获得地表图像信息的同时,也获得其光谱信息,第一次真正做到了光谱与图像的结合。与多光谱遥感影像相比,高光谱影像不仅在信息丰富程度方面有了极大的提高,在处理技术上,对该类光谱数据进行更为合理、有效的分析处理提供了可能。因而,高光谱图像技术所具有的影响及发展潜力,是以往技术的各个发展阶段所不可比拟的,不仅引起了遥感界的关注,同时也引起了其它领域(如医学、农学等)的极大兴趣。

  高光谱图像:是指一系列包含一些列可见/近红外光谱,一般有400-1000 nm,已经包含了可见光(400-780 nm)和近红外(780-1000nm)。

  多光谱图像是指包含很多带的图像,有时只有3个带(彩色图像就是一个例子)但有时要多得多,甚至上百个。每个带是一幅灰度图像,它表示根据用来产生该带的传感器的敏感度得到的场景亮度。在这样一幅图像中,每个像素都与一个由像素在不同带的数值串,即一个矢量相关。这个数串就被称为像素的光谱标记。

  1.用不相关或独立的其他带替换当前带;这个问题特别与遥感应用有关,但在一般的图像处理中,如果要从多光谱图像生成一幅单带灰度图像也与此有关。

  2.使用一个像素的光谱标记来识别该像素所表示的目标种类。这是一个模式识别问题,它取决于下列图像处理问题的解:消除一个像素的光谱标记对图像采集所用光谱的依赖性。这是一个光谱恒常性问题。

  3.处理多光谱图像的特定子集,它包括在电磁谱里仅光学部分的3个带,它需要以或者替换或者模仿人类感知颜色的形式来进行处理。

  4.在特定应用中使用多光谱图像,并对它们进行常规的操作。这里的一个问题是,现在每幅图像都是一个矢量场。所以某些滤波方法需要调整以用于矢量值的像素。

  高光谱成像是新一代光电检测技术,兴起于20世纪80年代,目前仍在迅猛发展巾。高光谱成像是相对多光谱成像而言,通过高光谱成像方法获得的高光谱图像与通过多光谱成像获取的多光谱图像相比具有更丰富的图像和光谱信息。如果根据传感器的光谱分辨率对光谱成像技术进行分类,光谱成像技术一般可分成3类:

  (1)多光谱成像光谱分辨率在delta_lambda/lambda=0.1数量级,这样的传感器在可见光和近红外区域一般只有几个波段。

  (2)高光谱成像光谱分辨率在delta_lambda/lambda=0.01数量级,这样的传感器在可见光和近红外区域有几卜到数百个波段,光谱分辨率可达nm级。

  (3)超光谱成像光谱分辨率在delta_lambda/lambda=0.001数量级,这样的传感器在可见光和近红外区域可达数千个波段。

  众所周知,光谱分析是自然科学中一种重要的研究手段,光谱技术能检测到被测物体的物理结构、化学成分等指标。光谱评价是基于点测量,而图像测量是基于空间特性变化,两者各有其优缺点。因此,可以说光谱成像技术是光谱分析技术和图像分析技术发展的必然结果,是二者完美结合的产物。光谱成像技术不仅具有光谱分辨能力,还具有图像分辨能力,利用光谱成像技术不仅可以对待检测物体进行定性和定量分析,而且还能进对其进行定位分析。

  高光谱成像系统的主要工作部件是成像光谱仪,它是一种新型传感器,20世纪80年代初正式开始研制,研制这类仪器的目的是为获取大量窄波段连续光谱图像数据,使每个像元具有几乎连续的光谱数据。它是一系列光波波长处的光学图像,通常包含数十到数百个波段,光谱分辨率一般为1~l0nm。由于高光谱成像所获得的高光谱图像能对图像中的每个像素提供一条几乎连续的光谱曲线,其在待测物上获得空间信息的同时又能获得比多光谱更为丰富光谱数据信息,这些数据信息可用来生成复杂模型,来进行判别、分类、识别图像中的材料。

  通过高光谱成像获取待测物的高光谱图像包含了待测物的丰富的空间、光谱和辐射三重信息。这些信息不仅表现了

  地物空间分布的影像特征,同时也可能以其中某一像元或像元组为目标获取它们的辐射强度以及光谱特征。影像、辐射与光谱是高光谱图像中的3个重要特征,这3个特征的有机结合就是高光谱图像。

  高光谱图像数据为数据立方体(cube)。通常图像像素的横坐标和纵坐标分别用z和Y来表示,光谱的波长信息以(Z即轴)表示。该数据立方体由沿着光谱轴的以一定光谱分辨率间隔的连续二维图像组成。

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