高光谱、多光谱与全色遥感影像的成像原理及相互融合

---

前言

consider the tradeoff between spectral resolution, spatial resolution, light throughput and etc.
光的能量就这么多，成像端要么提高Spectral，要么提高Spatial，要么提高Throughput（否则就只能换设备）
下面我们从两个方面围绕本文主题来展开：
1.全色与多光谱图像融合算法真正的价值？
2.全色、多光谱和高光谱的成像过程？

---

一、全色与多光谱图像融合算法真正的价值？

首先抛出一个引子:我们要对地球表面进行彩色1米分辨率成像。结合说明该问题，我们可以想到两种方案：
（1）卫星搭载一台1米分辨率的多光谱相机直接得到1米分辨率的多光谱图像;
（2）卫星搭载一台1米分辨率全色相机+一台4米分辨率多光谱相机，地面进行融合得到1米分辨率多光谱图像。你是国家领导人，你会选哪个方案。
在技术一定条件下，考虑成像信噪比，存储与传输限制，综合考量下，现有的成像设计模式有更好的性价比。

空间分辨率和光谱分辨率，都是成像器件敏感度问题，最终都要体现在信噪比上，信噪比上去了，卫星上天才有价值。相机技术不够，如果高分辨率多光谱相机信噪比不达标。同样是1米分辨率多光谱图像，直接拿1米分辨率多光谱相机拍照的图像质量远低于1米全色与4米多光谱图像融合得到的1米多光谱图像。是的，不要怀疑这点！！！！！！！因为后者相机的信噪比会高于前者。当然，随着技术进步，分辨率会越来越高，当前卫星采用双相机成像模式，考虑的是性价比。
关键词:信噪比，空间分辨率，光谱分辨率。

二、全色、多光谱和高光谱的成像过程

查资料理解到的卫星传感器成像原理大致如下：
（1）光进入相机镜头，光电感应装置将光信号转换为电信号，量化电脉冲信号，记录为一个像素值。传感器响应函数设计为，要使光电感应装置产生这个电脉冲信号，光子强度必须达到一个阈值，才能进入镜头。
（2）进入镜头的光子数量取决于:相机的感受野大小，决定镜头能通过的光子。
多光谱图像要分出多个波段，镜头会分光，红滤镜只过红光，蓝滤镜只通过蓝光，假设相同的光打到全色与多光谱镜头上，显然因为滤光的缘故，多光谱感光器接收到的光子要少于全色感光器。而这些光子已经足够全色产生电脉冲，却不够多光谱产生电脉冲，这时，为了接收到更多的光子，多光谱相机需要更大的感受野。
也就是说，全色看了一眼北京市，就吃够了光子，多光谱需要看一遍河北省，才能吃的和全色一样饱。后面接收光子的底片一样大，也就是说将北京市和河北省画到同样大小的一张纸上且占满整张纸，显然北京市的一张纸细节要多的多，而河北省的红绿蓝三张纸却一片模糊(不黑大河北雾霾了)。

多光谱或者高光谱目前大类来讲有两种技术：
一种为分光法，一种为滤光片法；分光法，从实现技术上又分为光栅分光，棱镜分光，干涉分光；而滤光片从技术上有镀膜滤光片，声光可调滤光片，液晶可调滤光片等。
两种技术方法差别在于滤光片法通常是扫光谱维，得到不同波长的影像。分光法通常是扫空间维，得到一条线的光谱。一次性同时得到光谱跟影像的有二维光栅成像技术和采用多CCD成像(CCD前加不同波长滤光片，然后做成同轴光路)。
简单来说，CCD是个二维成像器件，影像+光谱是三维信息，所以用一个二维器件采集三维信息，要么就得牺牲分辨率，要么就得做扫描(牺牲时间)。

参考：
https://pro.arcgis.com/en/pro-app/latest/help/analysis/raster-functions/pansharpening-function.htm