高光谱基础知识

1.光谱分辨率spectral resolution

定义(1)：遥感器能分辨的最小波长间隔，是遥感器的性能指标。遥感器的波段划分得越细，光谱的分辨率就越高，遥感影像区分不同地物的能力越强。
定义(2)：多光谱遥感器接收目标辐射信号时所能分辨的最小波长间隔。
光谱分辨率指成像的波段范围，分得愈细，波段愈多，光谱分辨率就愈高，现在的技术可以达到5~6nm（纳米）量级，400多个波段。细分光谱可以提高自动区分和识别目标性质和组成成分的能力。
传感器的波谱范围，一般来说识别某种波谱的范围窄，则相应光谱分辨率高。 举个例子：可以分辨红外、红橙黄绿青蓝紫紫外的传感器的光谱分辨率就比只能分辨红绿蓝的传感器的光谱分辨率高。
一般来说，传感器的波段数越多波段宽度越窄，地面物体的信息越容易区分和识别，针对性越强。

2.多光谱、高光谱、超光谱

(1)多光谱成像——光谱分辨率在 delta_lambda/lambda=0．1mm数量级，这样的传感器在可见光和近红外区域一般只有几个波段。
(2)高光谱成像—— 光谱分辨率在 delta_lambda/lambda=0．01mm数量级，这样的传感器在可见光和近红外区域有几十到数百个波段，光谱分辨率可达nm级。
(3)超光谱成像—— 光谱分辨率在delta_lambda/lambda =0．001mm数量级，这样的传感器在可见光和近红外区域可达数千个波段。

3.光谱范围：

(1)多光谱：光谱分辨率在10-1λ数量级范围内称为多光谱(Multi-spectral)。包括：可见光、紫外光、红外光
(2)高光谱：光谱分辨率在10-2λ数量级范围内称为高光谱(Hyper-spectral)。在电磁波谱的紫外、可见光、近红外和中红外区域，以数十至数百个连续且细分的光谱波段对目标区域同时成像
(3)红外光谱：通常将红外光谱分为三个区域：近红外区(0.75-2.5μm)、中红外区(2.5-25μm)和远红外区(25-1000μm)。一般说来，近红外光谱是由分子的倍频、合频产生的；中红外光谱属于分子的基频振动光谱；远红外光谱则属于分子的转动光谱和某些基团的振动光谱。
由于绝大多数有机物和无机物的基频吸收带都出现在中红外区，因此中红外区是研究和应用最多的区域，积累的资料也最多，仪器技术最为成熟。通常所说的红外光谱即指中红外光谱。
4.应用场合：
(1)多光谱：多光谱图像是指包含很多带的图像，有时只有3个带(彩色图像就是一个例子)但有时要多得多，甚至上百个。每个带是一幅灰度图像，它表示根据用来产生该带的传感器的敏感度得到的场景亮度。在这样一幅图像中，每个像素都与一个由像素在不同带的数值串，即一个矢量相关。这个数串就被称为像素的光谱标记。图像处理
(2)高光谱：目前高光谱成像技术发展迅速，常见的包括光栅分光、声光可调谐滤波分光、棱镜分光、芯片镀膜等。可以应用在食品安全、医学诊断、航天领域等领域。
(3)红外光谱：红外光谱对样品的适用性相当广泛，固态、液态或气态样品都能应用，无机、有机、高分子化合物都可检测。此外，红外光谱还具有测试迅速，操作方便，重复性好，灵敏度高，试样用量少，仪器结构简单等特点，因此，它已成为现代结构化学和分析化学最常用和不可缺少的工具。红外光谱在高聚物的构型、构象、力学性质的研究以及物理、天文、气象、遥感、生物、医学等领域也有广泛的应用
5.补充知识点：
(1)可见光谱：380—780nm
(2)紫外光是电磁波谱中波长从0.01-0.40微米辐射的总称，不能引起人们的视觉。电磁谱中波长0.01-0.40微米辐射，既可见光紫端到X射线间的辐射。具有杀菌的功能。
(3)遥感反射率是指如果假定卫星处于天顶，并且不考虑大气的散射和吸收作用，卫星上的传感器接收到被遥感物体的反射辐亮度，与被遥感物体本身接收的太阳辐亮度的比值
(4)DN值（Digital Number ）是遥感影像像元亮度值，记录的地物的灰度值。无单位，是一个整数值，值大小与传感器的辐射分辨率、地物发射率、大气透过率和散射率等有关。
(5)从DN值计算大气顶的反射率使用定标公式，一般表示为：P(toa)=DN*gain+offset，其中，gain是增益，offset是偏移值。从大气顶的反射率计算地面反射率的过程称为大气校正。