高光譜遙感(hyperspectral remote sensing)又叫成像光譜遙感，是將成像技術(shù)和光譜技術(shù)相結(jié)合的多維信息獲取技術(shù)。高光譜遙感器能夠同時(shí)獲取目標(biāo)區(qū)域的二維幾何空間信息與一維光譜信息，因此高光譜數(shù)據(jù)具有“圖像立方體”的形式和結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)出“圖譜合一”的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。高光譜圖像中的每個(gè)像元記錄著瞬時(shí)視場(chǎng)角內(nèi)幾十甚至上百個(gè)連續(xù)波段的光譜信息，其光譜分辨率在400—2500 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)一般小于10 nm。將這些光譜信息作為波長(zhǎng)的函數(shù)可以繪制一條完整而連續(xù)的光譜曲線，反映出能夠區(qū)分不同物質(zhì)的診斷性光譜特征，使得本來(lái)在寬波段多光譜遙感圖像中不可探測(cè)的地物在高光譜遙感中能夠被探測(cè)。
高光譜遙感技術(shù)的這種特質(zhì)使得其在礦產(chǎn)勘探、環(huán)境監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)農(nóng)林和事等領(lǐng)域都產(chǎn)生了重要的應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)也給圖像處理與信息提取技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。
高光譜遙感成像示意
過(guò)去30多年間，高光譜遙感技術(shù)自提出以來(lái)得到了迅猛的發(fā)展，同時(shí)高光譜圖像處理與信息提取技術(shù)也在不斷取得新的突破。高光譜圖像處理與信息提取技術(shù)的研究主要包括數(shù)據(jù)降維、圖像分類、混合像元分解和目標(biāo)探測(cè)等方向。
高光譜遙感是21世紀(jì)末對(duì)地觀測(cè)領(lǐng)域所取得的重要技術(shù)突破之一，伴隨著遙感器技術(shù)本身的發(fā)展，高光譜遙感衛(wèi)星系統(tǒng)必將步入智能化時(shí)代。針對(duì)這一趨勢(shì)和方向，高光譜圖像處理與信息提取技術(shù)需要在理論和方法上進(jìn)一步創(chuàng)新，尤其要重視多學(xué)科交叉、軟硬件結(jié)合以及理論和應(yīng)用的相互促進(jìn)。
① 在多學(xué)科交叉方面。隨著計(jì)算理論和優(yōu)化理論的不斷發(fā)展，在模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能領(lǐng)域涌現(xiàn)出了大量新理論、新方法和新技術(shù)，這些成果應(yīng)用于高光譜圖像處理與信息提取的速度也越來(lái)越快。
遙感本來(lái)就是多學(xué)科交叉的領(lǐng)域，地理學(xué)、電子學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)都對(duì)遙感科學(xué)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了重要影響，甚至更為基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)、物理學(xué)和看似與遙感技術(shù)并無(wú)關(guān)系的生物學(xué)、管理學(xué)等領(lǐng)域，也為高光譜圖像處理與信息提取提供了新觀點(diǎn)和值得嘗試的新思路。
② 其次，在軟硬件結(jié)合方面。隨著高光譜圖像實(shí)時(shí)處理需求的增加以及移動(dòng)計(jì)算、近似計(jì)算、專用計(jì)算芯片等計(jì)算前沿技術(shù)的發(fā)展，將高光譜圖像處理算法與計(jì)算硬件相結(jié)合，解決算法與計(jì)算架構(gòu)的匹配優(yōu)化問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)信息在高維特征數(shù)據(jù)中的“所見(jiàn)即所得”，使得高光譜成像系統(tǒng)從數(shù)據(jù)采集器轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒏兄?，將成為高光譜圖像處理未來(lái)的重要研究方向，也將極大地促進(jìn)高光譜技術(shù)的普及和推廣。
從空間到地面，高光譜成像技術(shù)在深空外星探索、地礦勘探、大氣和水環(huán)境監(jiān)測(cè)、戰(zhàn)場(chǎng)偵察和評(píng)估等方面，都已經(jīng)成為一種重要的探測(cè)手段，相信隨著定標(biāo)一致性和可靠性、成像實(shí)時(shí)性、裝置小型化、輕質(zhì)化水平的進(jìn)步，高光譜成像技術(shù)將會(huì)迎來(lái)更廣闊的應(yīng)用空間。
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