1.什么是遥感

遥感（Remote Sensing），可以理解为遥远的感知。遥感技术利用搭载在遥感平台上面的传感器对目标地物发射或反射的电磁波信息记录下来而形成遥感影像。
其中 分辨率作为传感器成像系统对输出影像细节辨别能力的一种度量，是遥感影像应用价值的重要技术指标，而对“影像细节”的不同度量则形成了多种不同类型的分辨率，主要有空间分辨率，光谱分辨率和时间分辨率。

1.1 空间分辨率

空间分辨率是基于像素的图像中对象的详细程度的度量，空间分辨率是以像素为单位的图像细节。高空间分辨率意味着更多细节和更小的网格单元尺寸。如WorldView-2卫星全色图像空间分辨率是0.5m，指的是影像中的一个像素所对应的实际地面大小为，高空间分辨率图像对于影响目标地物的识别和目视解译等具有重要的作用；在高精度遥感应用中，空间分辨率描述地物的物理形态。

1.2 光谱分辨率

光谱分辨率是对影像中地物波谱细节信息的分辨能力，是卫星传感器接收地物箱射波谱时所能辨别的最小波长间隔，当间隔较小时，光谱分辨率相应就会越髙，在同样的波谱范围下，通常影像波段数越多，光谱分辨率越高，如高光谱成像就是比多光谱成像的光谱分辨率更高，但光谱分辨率高的同时空间分辨率会降低，高光谱分辨率对于影像地物的分类识别等具有重要意义；光谱分辨率描述了一个波段中光谱细节的数量，高光谱分辨率意味着它的波段更窄。而低光谱分辨率具有覆盖更多光谱的更宽波段。在高精度遥感应用中，光谱分辨率描述地面的物质组成。

1.2 光谱分辨率

1.3 时间分辨率

时间分辨率是对同一地点的重复观测能力，通常也把时间分辨率称为重访周期，重访周期越短，时间分辨率越髙。髙时间分辨率对于地物的动态变化检测等具有重要作用。

1.4 光谱成像

材料在不同波长下的反射、透射和发射光量不同，类似于指纹的唯一性，每种材料都具有独特的光谱特性，光谱特性可以用来更好的对材料进行识别、检测或分析。光谱成像是一项结合了光谱测量与数字成像的技术。标准的相机能够捕捉可见光谱中的红光、蓝光和绿光，而光谱成像相机能够捕捉的波长范围更加广泛，小到紫外波长，大到可见光和红外波长。其具备的广谱特性能够通过材料的颜色或化学差异，轻易的识别并分离肉眼难以区分的物质。

光谱成像可以分为多光谱成像（Multi-Spectral Imaging，MSI）和高光谱成像（Hyper-Spectral Imaging，HSI），主要区别在于两者的光谱分辨率。MSI相机仅仅能够测量几个离散的波段，而HSI相机却能够连续测量无数窄波段的光。相比于MSI相机，HSI相机拥有更高的光谱分辨率，能够辨识更加微小的细节。凭借这种高感知力，HSI相机成为食物分类、垃圾分类、损伤检测等多种场合的理想之选。

注：

光谱（specturm）：是复色光经过色散系统（如棱镜，光栅）分光后，被色散分离成的单色光，通过成像系统，投射在探测器上成为按波长（或频率）大小依次排列的图像，既称为光学频谱, 光谱技术常用来检测物体的物理结构行，化学成分等指标。

光波根据波长不同，又有不同的称谓：波长处于380和780nm之间的光波称为可见光，短于380nm的称之为紫外光；而长于780nm的则为红外光（红外光又分为近红外、中红外、远红外等等）

RGB图像本身不包含高光谱的信息，普通的光学相机在自然光下拍的照片是不包含完整的光谱信息，下图是波长与光对应的图:

可见普通的可见光相机只记录了2/3/4即红绿蓝三个波段的信息，其他波段就都丢掉了，所以我们会看到RGB图像就有3个通道。但是金鱼可以看见人眼看不见的红外辐射。大黄蜂可以看到人类看不到的紫外线，想象一下，如果我们能够同时拥有人类、金鱼和大黄蜂的眼睛去看世界，那将会是什么样？实际上，现在我们可以使用多光谱和高光谱传感器来实现。多光谱和高光谱图像赋予人类（红色，绿色和蓝色），金鱼（红外线）和熊蜂（紫外线）的能力。实际上，我们可以看到更多的是反射到传感器的电磁辐射。

随着光谱分辨率的不断提高，光学遥感的发展过程可分为：全色（Panchromatic）→彩色（Color Photography）→多光谱（Multispectral）→高光谱（hyspectral）。

2. 全色图像

全色图像是单通道的，其中全色是指全部可见光波段0.38~0.76um，全色图像为这一波段范围的混合图像。因为是单波段，所以在图上显示为灰度图片。全色遥感图像一般空间分辨率高，但无法显示地物色彩，也就是图像的光谱信息少。实际操作中，我们经常将全色图像与多波段图像融合处理，得到既有全色图像的高分辨率，又有多波段图像的彩色信息的图像。

3.多光谱技术（Multispectral）

多光谱技术是指能同时获取多个光学频谱波段（通常大于等于3个），并在可见光的基础上向红外光和紫外光两个方向扩展的光谱探测技术。

多光谱图像是指对地物辐射中多个单波段的摄取，得到的影像数据中会有多个波段的光谱信息。若取其中RGB三个波段的信息显示，就是RGB彩色图像。一般文献显示出来的多光谱图像，其实是RGB三通道的图像，有的波段不是人肉眼可见范围内的。
下图是WorldView-3 卫星拍摄的多光谱图像RGB三波段显示的例子：

如下图，从频谱上看，其包含了红色（1），绿色（2）和蓝色（3）三个光学频谱波段的信息。如果在相机或者探测器上，增加更多的频带如频带（4）和（5），就可以获得一个含多个频带的多光谱照片了。

eg：身边常见的多光谱照片是彩色相机拍摄的照片，从频谱上看，其中包含了红色，绿色，蓝色三个光学频谱波段的信息

4.高光谱技术（Hypespectral）

高光谱图像则是由很多通道组成的图像，具体有多少个通道，这需要看传感器的波长分辨率，每一个通道捕捉指定波长的光。把光谱想象成一条直线，由于波长分辨率的存在，每隔一定距离才能“看到”一个波长。“看到”这个波长就可以收集这个波长及其附近一个小范围的波段对应的信息，形成一个通道。也就是一个波段对应一个通道。多光谱图像其实可以看做是高光谱图像的一种情况，即成像的波段数量比高光谱图像少。

在高光谱图像中具有更高层次的光谱细节，可以更好地看到不可见的东西。例如，高光谱遥感由于其高光谱分辨率而在3种矿物之间进行提取。但多光谱陆地卫星专题制图仪无法区分这三种矿物。

下图是高光谱图示例，图像由更窄的波段（10-20 nm）组成。高光谱图像可能有数百或数千个波段：

物体与光源的光相互作用并被非成像光谱分析设备（比如光谱仪）接收后，设备可以精确地反应出接收到的光信号在光谱频带上分布的强度差异也就是光谱信息。
而使用高光谱设备时，从成像特性角度看，可以了解到样品各个位置的光谱信息，从光谱特性角度看，可以了解在特定光谱带内的信号位置分布，也就是说，高光谱设备可以获取更加丰富的细节信息。

例如：人眼只能接收三个光谱频段中物体的光能量信号：红色，绿色和蓝色。也就是我们常称的发光三原色，但是事实上我们能够看到由这三种颜色的组合产生的橙色，紫色，青绿色等等的更细微的色彩。但是，我们并不不能区分纯黄色和红绿二色的混合色的差异，这也称之为“同色异谱”。但是高光谱成像却可以轻松分辨其中的区别。

上图，两种黄色，一种是“纯色”，另一种是红色和绿色的混合物，在视觉上可能无法区分，但由于它们的光谱差异，使用光谱设备却可以将其区分。

5.多光谱和高光谱的细节

多光谱和高光谱之间的主要区别在于波段的数量如果成像系统能达到100个谱段以上，我们一般称其为高光谱相机，否则是多光谱相以及波段的窄度，高光谱的波段一般比较窄。
另外一种公认的区分方法就是1.4中所说的：高光谱成像技术一般使用一段或者多段连续的波长范围，例如400-1100 nm，步长为 1 nm。下图给出了多光谱和高光谱的最显著区别示意图。

高光谱成像提供一段准连续范围的光谱。

光谱成像由彼此离散定位的光谱带组成。换句话说，它们不提供连续光谱

光谱、多光谱技术、高光谱技术以及遥感中的应用相关推荐

多源数据的融合发展现状与趋势（二）——全色、多光谱、高光谱图像融合
现有的空谱融合对象主要是全色图像与多光谱图像.全色图像与高光谱图像.多光谱图像与高光谱图像.从波段数量来说,全色图像与多光谱或高光谱图像的融合属于"一对多"的融合, 多光谱图像与高 ...
浅谈：多光谱和高光谱图像有什么区别？
多光谱.高光谱甚至是超光谱首先是应用于卫星的遥感,遥感技术已经成为人类获得地球以及其他星球信息重要的手段之一.利用遥感成像系统得到的地球资源信息已成为人类开发.合理的利用.管理和监测地球资源及环境不可 ...
什么是遥感？什么是定量遥感？什么是多光谱、高光谱和超光谱？
遥感是在一定的距离之外,通过测量而获得某一物体信息的科学. 定量遥感:从对地观测电磁波信号中定量提取地表参数的技术和方法研究.物理量与几何量:定量有物体几何量(空间位置.范围与姿态)与物体物理属性参数 ...
高光谱成像技术在果蔬品质检测中的应用
在当前市场经济背景下,食品安全问题是消费者最为关心的问题之一,尤其是果蔬产品,农药残留问题和品质问题直接关系着消费者的权益和人身安全.针对传统化学检测的缺陷,本文结合高光谱成像技术,对其在果蔬品质与安 ...
遥感影像的全色、多光谱、高光谱图像
1. 全色图像 2. 多光谱图像 3. 高光谱图像 4. RGB图像遥感成像原理: 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 ...
【转载】多光谱与高光谱遥感
转载:http://blog.sina.com.cn/s/blog_b37338430102v6dx.html 随着光谱分辨率的不断提高,光学遥感的发展过程可分为: 全色(Panchromatic)→ ...
如何深刻理解高光谱技术的机理？如何高效处理好高光谱数据？如何针对具体领域建立切实可行的高光谱技术应用解决方案？
光谱和图像是人们观察世界的两种方式,高光谱遥感通过"图谱合一"的技术创新将两者结合起来,大大提高了人们对客观世界的认知能力,本来在宽波段遥感中不可探测的物质,在高光谱遥感中能被探测 ...
激光诱导击穿光谱联合激光诱导荧光技术（LIBS-LIF）在环境监测上的元素分析应用
本文为课程<激光原理>课程调研综述论文成果,要求为调研激光相关的某个领域,并写5000字小综述一篇.论文完成时间:2021-11. 版权声明:除特殊标注外,本文全部图片及文字版权归作者所有 ...
基于高光谱技术的农作物常见病害监测研究
基于高光谱技术的农作物常见病害监测研究 1.发现问题近年来随着信息技术的快速发展,高光谱技术以数据量丰富.灵敏.可靠的特点迅速应用于农业生产中,成为主要检测农作物病害的有效技术手段之一. 2.农作物 ...

光谱、多光谱技术、高光谱技术以及遥感中的应用

1.什么是遥感

1.1 空间分辨率

1.2 光谱分辨率

1.2 光谱分辨率

1.3 时间分辨率

1.4 光谱成像

2. 全色图像

3.多光谱技术（Multispectral）

4.高光谱技术（Hypespectral）

5.多光谱和高光谱的细节

光谱、多光谱技术、高光谱技术以及遥感中的应用相关推荐

最新文章

热门文章