星载超光谱成像技术发展与展望.pdf

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1、第1O卷第5期光学与光电技术Vo1．10，No．52012年1O月OPTICS&OPTOEIECTRONICTECHNOLOGYOctober，2012文章编号：1672—3392(2012)05—0038—07星载超光谱成像技术发展与展望李欢周峰(北京空间机电研究所，北京100076)摘要超光谱成像技术由于能够同时获取目标的空间信息和光谱信息，显著提高了空间遥感技术对地物的探测和识别能力，在对地观测和深空探测领域具有广阔的应用前景。总结了星载超光谱成像技术近三十年来的国内外研究现状，对国内外典型超光谱成像仪的技术指标、技术特点和应用领域进行了论述。分析结果表明：高

2、空间分辨率、高光谱分辨率是超光谱成像技术未来的发展趋势，offner光栅色散型超光谱成像仪是一个重要的发展方向。关键词超光谱成像仪；光谱分辨率；空间分辨率；空间遥感中图分类号TH744．1；TH703文献标识码A制的第一台覆盖整个太阳反射光谱区(0．4～2．51引言m)的成像光谱仪，主要用于陆地观测。欧空局在1993年研制的高分辨率成像光谱仪ESA_成像光谱仪[1]是一种谱像合一的新型成像遥HRIS[’]fHighResolutionImagingSpectrome—感仪器，它在获得地物影像的同时获得地物的光ter)和1996年研制的空间成像任务高光谱成像仪谱，能够

3、反映地球表面物质的光谱特性，从而达到PRISM[，。]，ProcessesResearchbyanImaging利用光谱识别地球表面物质的目的，在对地观测和SpaceMission)等。其中有些计划已经中止。深空探测领域具有广阔的应用前景[2]。1989年，德国研制了ROSISl11](Reflective根据光谱分辨率不同，成像光谱仪l4]可分为多OpticsSystemImagingSpectrometer)，主要应用光谱(Multi—spectra1)型，其光谱分辨率／～10，于海洋水色及浮游植物等的监测，其原理如图1所可以获取几十个光谱通道的图像，主要用于资

4、源观示。光谱范围0．43～0．85m，光谱分辨率5nm，测；超光谱(Hyper—spectra1)型[引，其光谱分辨率谱段数85个，视场角±8。，F／#为3．6，量化位数／～100，可以获取几百个光谱通道的图像，主12bit，分光元件采用光栅进行光谱分光。要用于对地观测和深空探测，在农业、林业、流域调查和海岸地区分析、军事侦查以及深空探测等领域展现出广泛的应用前景。2星载超光谱成像仪国内外研究现状自2O世纪80年代起，欧美发达国家先后投入了大量的人力物力进行高分辨率成像光谱仪的研制，其中大部分用于航天领域。美国和欧洲航天局在2O世纪8O年代初确定了一系列计划对高分辨

5、率成像光谱仪进行研究，主图1ROSIS原理图要有美国在1989年研制的HIRIS_6(HighReso—Fig．1SchematicdiagramofROSISlutionImagingSpectrometer)，它是JPL实验室研收稿日期2012—04—27；收到修改稿日期2012—0611作者简介李欢(1979-)，女，硕士，主要研究方向为超光谱成像技术。E-mail：cclhuan@126．com基金项目国家863计划(2011AA7026051)资助项目。第5期李欢等：星载超光谱成像技术发展与展望2000年，美国发射了强力星2号ljH](Might2000年

6、，美国海军NEMO(NavalEarthMapSatII)，携带的傅里叶变换成像光谱仪是国外唯Obsever)卫星上装载着COISllJ(CoastalOcean一一台在轨工作的干涉型成像光谱仪，但从本质上ImagingSpectrometer)发射成功，用来对海洋进行来看，这还是一台带有实验性质的遥感器，分辨率观测。轨道高度605km，光谱范围0．4～2．5fm，较低，其工作原理如图2所示。相机采用推扫的成光谱分辨率10nm，谱段数210个，空问分辨率60像方式，轨道高度500km，光谱范围0．475～1．05m，幅宽30km，信噪比在VNIR波段大于200，在m

7、，光谱分辨率84．4nm，谱段数146个，空问分SWIR波段大于100，视场角2．86。，探测器在PAN辨率30m，幅宽10-15．3km，视场角3。，量化位数波段采用像元数为6000个，像元尺寸为18／xm的12bit，VNIR探测器采用1024×l024硅CCD阵CCD，在VNIR波段采用1024×1024元的硅列，像元尺寸为14fm。CCD，像元尺寸18肛m，在SWlR波段采用MCT阵列探测器，像元尺寸18fm。主光学系统采用离／Calsource轴三反系统，光谱仪系统采用offner光栅分光的方式实现光谱分光。其光路图如图4所示。口l0sIit厂舢＼II