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。高光譜圖像中的每個像元記錄著瞬時視場角內(nèi)幾十甚至上百個連續(xù)波段的光譜信息，其光譜分辨率在400—2500 nm波長范圍內(nèi)一般小于10 nm。將這些光譜信息作為波長的函數(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，使得本來在寬波段多光譜遙感圖像中不可探測的地物在高光譜遙感中能夠被探測。
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、精準(zhǔn)農(nóng)林和事等領(lǐng)域都產(chǎn)生了重要的應(yīng)用價值，同時也給圖像處理與信息提取技術(shù)的發(fā)展帶來了新的挑戰(zhàn)。
高光譜遙感成像示意
過去30多年間，高光譜遙感技術(shù)自提出以來得到了迅猛的發(fā)展，同時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)探測等方向。
高光譜遙感是21世紀(jì)末對地觀測領(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)必將步入智能化時代。針對這一趨勢和方向，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越快。
遙感本來就是多學(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)時處理需求的增加以及移動計(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)化問題，實(shí)現(xiàn)信息在高維特征數(shù)據(jù)中的“所見即所得”，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、戰(zhàn)場偵察和評估等方面，都已經(jīng)成為一種重要的探測手段，相信隨著定標(biāo)一致性和可靠性、成像實(shí)時性、裝置小型化、輕質(zhì)化水平的進(jìn)步，高光譜成像技術(shù)將會迎來更廣闊的應(yīng)用空間。
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