航天高光谱遥感应用研究进展(特邀)

近年来随着高光谱成像技术的快速发展,航天高光谱遥感数据在各领域应用研究中取得了良好的发展与突破。文中回顾了国内外航天高光谱成像技术的发展历程,介绍了有代表性的航天高光谱成像仪的主要应用技术指标,较为系统地总结和分析了近五年来航天高光谱遥感数据在国土资源、农林遥感、海洋湖泊遥感、城市环境、灾害监测及其他方面等各领域的最新应用研究进展。对基于AI技术的高光谱信息提取与应用、基于高光谱遥感的多源数据融合与应用以及面向深空探测领域的高光谱数据分析与应用等发展趋势做了展望,未来航天高光谱成像仪技术的进一步突破和应用研究需求的牵引将会推动高光谱应用领域更大范围的创新与发展。     

新疆绿洲地物反射光谱——以渭干河-库车河三角洲绿洲为例

〗针对遥感应用越来越依赖于地物光谱特征的特点,为了更深入地研究干旱区地物光谱反射特征,选择新疆塔里木盆地北缘渭干河–库车河三角洲绿洲为研究区.首先,采用美国ASD Fieldspec HH地物光谱仪测得该绿洲几种典型地物(盐碱地、细沙地、棉花地等、柽柳、骆驼刺、芦苇、盐穗木等以及水体)的光谱数据,分析其光谱特征.其次,采用移动平均法进行了噪声去除,分析实测光谱数据噪声特征,部分消除了高频成分,使光谱曲线较为光滑.同时利用导数光谱技术消除了背景噪声、分辨重叠光谱;利用连续统去除法去掉不感兴趣的吸收谱的影响,使之有效突出光谱曲线的吸收和反射特征.最后,利用ENVI软件建立了渭干河库车河三角洲绿洲主要地物以及对这些地物进行包络线消除的小型光谱库,从而达到该库服务于渭库绿洲的地物调查、植被调查、植被分类和环境监测等遥感应用的目的.     

多光谱、超光谱成像技术在军事上的应用

对多光谱、超光谱成像技术的原理、特点,以及二者之间的区别和联系等技术问题进行了较为详细的讨论,并重点列举了该项技术在军事上的应用,较全面地介绍了多光谱、超光谱成像技术在军事应用中的使用方法和研究状况,以及成像光谱仪器的发展水平和有关技术,并对该技术的发展趋势进行了展望。     

基于梯度方向直方图的干枯植物与裸土偏振光谱识别研究

从地物光谱图像识别的关键问题出发,将改进的梯度方向直方图(光谱梯度方向直方图)与"光谱总反射率"应用到偏振光谱识别研究中,实现了对5种干枯植物与3种裸土的识别.在研究中,先联合光谱梯度方向直方图特征向量的模与光谱总反射率进行层次聚类分析,可以识别6种研究对象,再单独利用光谱梯度方向直方图特征的模进行层次聚类分析识别其余2种研究对象,从而可以实现全部研究对象偏振光谱识别.     

机载热红外高光谱成像仪的光谱性能测试与初步应用

介绍了机载热红外高光谱成像仪样机的低温光谱仪设计特点,为了检测系统的光谱识别能力,在实验室开展了详细的光谱性能测试。为满足气体探测对超高光谱精度的需求,提出了采用CO₂激光器结合高精度单色仪的方法应用于色散型高光谱成像系统。在实验室对氨气气体进行了准确的红外吸收光谱测试,表明系统可用于气体探测及识别。在此基础上,开展了飞行试验,应用结果表明热红外高光谱可以有效开展城市典型建筑物分类、工业化学气体排放种类和形态监测等应用,特别是后者是目前其它光学遥感手段尚不具备的。以上研究和试验结果表明机载热红外高光谱成像仪已经具备了业务应用能力,后续将在仪器辐射定量化精度的提升方面进一步开展研究工作。     

差分透过率光谱技术在超快速现象研究中的应用

首先概述了飞秒光谱技术在超快速现象研究中的应用,然后详细地介绍了一种重要的飞秒光谱技术---差分透过率光谱用于测量分立的分子系统的激发态动力学和用于测量晶体中激子的衰变动力学原理、实验技术,并介绍了一些研究实例。最后讨论了差分透过率光谱技术在超快速过程研究中所遇到的困难及解决的办法。     

光谱识别技术在红外制导方面的应用展望与分析

在介绍国外光谱探测及识别技术现状的基础上,针对光谱识别技术在红外制导方面的应用前景和趋势进行了分析,阐述了该技术在提高制导精度、抗干扰、降低成本、提高现役武器性能方面的优势和可行性;探讨了红外光谱目标识别技术的机理和方法,特别对红外光谱目标特征、光谱识别模式方法、光谱探测技术途径和整个系统需要突破的关键技术方面给出了自己的见解,提出了几种红外制导光谱识别技术方案,为今后开展相关技术研究和开发打下了基础。     

用于高光谱图像分类的归一化光谱指数的构建与应用

成像高光谱的近地田间应用为农业定量遥感的发展提供了新的契机。如何发挥其图谱合一的数据优势,尤其在解析土壤、阴影等背景地物对作物养分反演模型的影响需要关注。该研究借助可见/近红外成像高光仪,在近地田间采集小麦群体的成像立方体,根据影像中光照裸土、阴影裸土、光照叶片和阴影叶片的反射光谱特征建立了归一化光谱分类指数,并应用该指数提取大豆影像中不同类型地物的光谱,分析了背景土壤剔除前后的大豆植被归一化光谱与叶绿素密度的决定系数变化情况。结果表明:土壤和阴影叶片光谱去除后,反演叶绿素密度的敏感波段由红-近红外区间（727 nm,922 nm）向蓝、绿,尤其是红波段（710 nm,711 nm）移动。对叶绿素密度敏感的波段区间表现为可见光增加,近红外减少,且红边波段决定系数最高。由此说明,基于归一化光谱指数的植被光谱提纯对定量遥感反演研究具有重要意义。     

差分率光谱技术在超快速现象研究中的应用

首先概述了飞秒光谱技术在超快速现象研究中的应用，然后详细地介绍了一种重要的飞秒光谱技术－差分透过率光谱用于测量分立的分子系统的激发态动力学和用于测量晶体中激子的衰变动力学原理、实验技术，并介绍了一些研究实例。最后讨论了差分透过率光谱技术在超快速过程研究中所遇到的困难及解决的办法。     

二维相关红外光谱研究溶液中蛋白质的结构

概述了二维相关红外光谱基本原理以及它在研究蛋白质结构变化方面的最新应用，所综述的内容主要包括以下几个方面：(1)二维相关掠角反射红外光谱研究蛋白质分子在样品池上的吸附过程；(2)重点概述二维相关红外光谱在研究温度、酸度等物理变量诱导蛋白质变性及结构变化方面的应用。     

基于近红外光谱的化学品鉴别方法研究

化学品自动鉴别分类对于其安全监管十分重要,本文研究了利用近红外光谱检测技术实现化学品自动检测分类的方法。首先,在近红外光谱仪器及光源基础上,研究了几种常见化学品的光谱特征,然后,结合光谱特征提取与概率统计分析中的贝叶斯方法,研究自动鉴别分类方法,并通过验证了该方法自动分类鉴别准确性。本文所研究的方法为实现化学品的在线快速检测提供了参考,具有比较重要的应用价值。     

辐照度法在大气监测中的应用研究

首先阐述辐照度法大气环境监测中的应用价值及其测量原理和方法,其次,应用VF921－256光谱辐射计,通过实验研究反演获取了大气环境监测中比较关心的一些特性参数,如气溶胶光谱光学厚度、臭氧柱总量、漫射辐射与总辐射比以及气溶胶谱分布等,最后讲座了辐照度法大气环境监测应用中需要考虑的几个影响因素。     

高光谱线性解混研究进展

受高光谱遥感仪器空间分辨率的限制以及复杂地物的影响,高光谱图像中存在大量混合像元,成为阻碍高光谱遥感技术应用和发展的关键因素。高光谱混合像元分解技术已成为高光谱图像处理中的关键技术。系统地整理近年来高光谱解混的相关算法,从端元提取和丰度估计两个方面介绍高光谱解混的研究进展。对高光谱解混的相关算法进行分类总结,并对其原理和优缺点进行了对比分析。结合当前研究现状针对存在的问题做出了展望,指出今后可从模型共存、空谱结合、时效性以及工程实用化的角度对高光谱解混作进一步研究。     

高光谱遥感在植被精细分类中的应用

文章论述了高光谱技术在植被遥感应用领域的若干问题，如植被“红边”定量分析及其应用、植被生物化学成分反演、植被研究中导数光谱的意义等；还利用高光谱遥感技术进行了植被生物量制图和植物精细分类试验．验证了高光谱遥感技术在植被研究中的巨大作用。     

光谱成像技术在物证鉴定领域的应用

为了物证鉴定光学检验寻找新的检验方法,拓宽光谱成像技术应用范围,收集了文献资料掌握国内外物证鉴定领域应用光谱成像技术动态,通过实验的方法验证光谱成像技术检验疑难痕迹物证的能力。结果表明,光谱成像技术能够成功解决指纹、书写材料、微量物证以及生物物证等多种疑难痕迹物证的检验鉴定技术难题。可以得出,光谱成像技术将开辟新的物证鉴定光学检验技术方法,对于疑难痕迹物证具有很好的检验鉴定能力,具有广阔的研究空间和极高的实际应用价值。     

基于激光光谱的远距离炸药探测技术

激光光谱技术能够提供炸药的光谱“指纹”信息,具有远距离快速探测能力,近年来得到国内外的广泛关注。重点阐述了激光拉曼光谱和激光诱导击穿光谱应用于远距离炸药探测的基本原理、技术特点和发展现状及趋势,并在此基础上,分析了激光光谱远距离炸药技术的应用前景。     

双光梳非线性光谱

光学频率梳具有优异的时域和频域特性,已成为一种重要的光谱探测光源.基于两个具有不同重复频率的光频梳,可以实现具有异步光学采样特点的双光梳光谱探测.除了线性光谱探测应用,双光梳技术在非线性光谱探测中同样具有独特的优势.介绍了双光梳非线性光谱的探测原理,重点综述了双光梳技术在多维相干光谱和相干反斯托克斯拉曼光谱探测中的应用...     

遥感中的高光谱技术及应用

简要介绍了高光谱的概念、高光谱成像光谱技术及其相关的定标技术,并介绍了有关领域中高光谱的应用,据此反映高光谱技术在遥感中的重要作用。     

光谱及光谱成像技术在生物医学领域应用简介

光谱技术和光谱成像技术因其可以获取观测目标的化学组分信息,在生物医学领域具有极广阔的应用前景。介绍了光谱及光谱成像技术在生物医学领域七种应用的最新进展。其中,荧光多标记共定位、染色体核型分析及眼底病变检测技术已成熟,并已进入临床应用;光谱成像癌变检测、生物芯片检测、无损血糖检测及拉曼癌变检测四类应用虽然临床意义重大,但因检测精度较低或普适性较差等原因,处于发展初期阶段,仍需开展进一步研究。     

基于高光谱图像的东北稻米品种快速分类

针对稻米品种无损鉴别需求,利用高光谱技术分析了3种稻米样品的光谱图像特征,实现了利用液晶可调滤波器(LCTF)光谱相机对3种稻米的探测、分类与鉴别。通过高光谱相机采集稻米样品的VIS/NIR光谱图像,运用Matlab软件及ENVI软件对高光谱图像进行处理分析,获得各样本的相对反射率曲线,结合图像阈值分割技术,得到各波段光谱图像的二值图像。结合图像及数据,分析不同品种稻米的光谱差异,发现稻米于480~550 nm波段有较为明显的特征峰,品种之间光谱差异明显,且不同品种稻米的二值图像明暗占比不同,以此完成稻米品种的分类与鉴别。研究结果表明,光谱图像的相对反射率和二值图像在稻米品种快速分类与识别的应用中具有较好的应用前景。