【知识点】多光谱与高光谱的区别

多光谱与高光谱的区别

多光谱遥感
高光谱
异同点
电磁波谱
多光谱图像示例
高光谱图像示例
多光谱与高光谱

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）。

注：

全色波段（Panchromatic band），因为是单波段，在图上显示是灰度图片。全色遥感影像一般空间分辨率高，但无法显示地物色彩。实际操作中，我们经常将之与波段影象融合处理，得到既有全色影象的高分辨率，又有多波段影象的彩色信息的影象。
全色波段，一般指使用0.5微米到0.75微米左右的单波段，即从绿色往后的可见光波段。全色遥感影象也就是对地物辐射中全色波段的影象摄取，因为是单波段，在图上显示是灰度图片。全色遥感影象一般空间分辨率高，但无法显示地物色彩。

多光谱遥感

多光谱遥感：将地物辐射电磁破分割成若干个较窄的光谱段，以摄影或扫描的方式，在同一时间获得同一目标不同波段信息的遥感技术。

原理：不同地物有不同的光谱特性，同一地物则具有相同的光谱特性。不同地物在不同波段的辐射能量有差别，取得的不同波段图像上有差别。

优点：多光谱遥感不仅可以根据影像的形态和结构的差异判别地物，还可以根据光谱特性的差异判别地物，扩大了遥感的信息量。
航空摄影用的多光谱摄影与陆地卫星所用的多光谱扫描均能得到不同普段的遥感资料，分普段的图像或数据可以通过摄影彩色合成或计算机图像处理，获得比常规方法更为丰富的图像，也为地物影像计算机识别与分类提供了可能。

高光谱

高光谱遥感起源于20世纪70年代初的多光谱遥感，它将成像技术与光谱技术结合在一起，在对目标的空间特征成像的同时，对每个空间像元经过色散形成几十乃至几百个窄波段以进行连续的光谱覆盖，这样形成的遥感数据可以用“图像立方体”来形象的描述。同传统遥感技术相比，其所获取的图像包含丰富的空间、辐射和光谱三重信息。
高光谱遥感技术已经成为当前遥感领域的前沿技术。
高光谱遥感具有不同于传统遥感的新特点：
1）波段多：可以为每个像元提供十几、数百甚至上千个波段；
2）光谱范围窄：波段范围一般小于10nm；
3）波段连续：有些传感器可以在350~2500nm的太阳光谱范围内提供几乎连续的地物光谱；
4）数据量大：随着波段数的增加，数据量成指数增加；
5）信息冗余增加：由于相邻波段高度相关，冗余信息也相对增加。
优点：
1）有利于利用光谱特征分析来研究地物；
2）有利于采用各种光谱匹配模型；
3）有利于地物的精细分类与识别；

异同点

国际遥感界的共识是光谱分辨率在λ/10数量级范围的称为多光谱(Multispectral)，这样的遥感器在可见光和近红外光谱区只有几个波段，如美国 LandsatMSS，TM，法国的SPOT等；而光谱分辨率在λ/100的遥感信息称之为高光谱遥感(HyPerspectral)；随着遥感光谱分辨率的进一步提高，在达到λ/1000时，遥感即进入超高光谱(ultraspectral)阶段(陈述彭等，1998)。
高光谱和多光谱实质上的差别就是：高光谱的波段较多，普带较窄。（Hyperion有233~309个波段，MODIS有36个波段）
多光谱相对波段较少。（如ETM+，8个波段，分为红波段，绿波段，蓝波段，可见光，热红外（2个），近红外和全色波段）
高光谱遥感就是多比多光谱遥感的光谱分辨率更高，但光谱分辨率高的同时空间分辨率会降低。

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当你阅读这篇文章时，你的眼睛会看到反射的能量。但计算机可以通过三个通道看到它：红色、绿色和蓝色。
如果你是一条金鱼，你会看到不同的光。金鱼可以看到人眼看不见的红外辐射。
大黄蜂可以看到紫外线。同样，人类无法用我们眼睛看到紫外线辐射。（UV-B伤害了我们）

电磁波谱

可见光(红、绿、蓝)、红外光和紫外光是电磁光谱中的描述性区域。我们人类为了自己的目的而构造这些区域——为了方便地对它们进行分类。每个区域根据其频率(v)进行分类。

人类看到可见光（380 nm至700 nm）
金鱼看到红外线（700纳米到1毫米）
大黄蜂看到紫外线（10纳米到380纳米）

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。
多光谱和高光谱之间的主要区别在于波段的数量以及波段的窄度。
多光谱图像通常指3到10个波段。为清楚起见，每个波段都是使用遥感辐射计获得的。

多光谱示例：5个宽带（图像未按比例绘制）

高光谱图像由更窄的波段（10-20 nm）组成。高光谱图像可能有数百或数千个波段。一般来说，它来自成像光谱仪。

高光谱示例：想象一下数百个窄带（图像未按比例绘制）

多光谱图像示例

多光谱传感器的一个例子是Landsat-8。Landsat-8产生11幅图像，图像带如下:

1波段海岸气溶胶(0.43-0.45 um)
2波段蓝色 (0.45-0.51 um)
3波段绿色(0.53-0.59 um)
4波段红色(0.64-0.67 um)
5波段近红外近红外(0.85-0.88 um)
6波段短波红外SWIR 1 (1.57-1.65 um)
7波段短波红外SWIR 2 (2.11-2.29 um)
8波段全色(0.50-0.68 um)
9波段卷云(1.36-1.38 um)
10波段热红外TIRS 1 (10.60-11.19 um)
11波段热红外TIRS 2 (11.50-12.51 um)

除了8、10、11波段外，每个波段的空间分辨率都是30米。波段8的空间分辨率为15米，波段10和波段11的像素大小为100米。

如果你想知道为什么没有0.88-1.36波段，大气吸收是主要的动机，为什么没有传感器检测这些波长。

高光谱图像示例

TRW Lewis卫星计划在1997年成为第一个高光谱卫星系统。不幸的是，NASA与它失去了联系。
但后来美国国家航空和宇宙航行局确实成功地完成了发射任务。Hyperion成像光谱仪(EO-1卫星的一部分)是高光谱传感器的一个例子。例如，Hyperion在220个光谱波段(0.4-2.5 um)产生30米分辨率的图像。

美国宇航局机载可见/红外成像光谱仪(AVIRIS)是一种高光谱机载传感器。例如，AVIRIS提供224个波长从0.4-2.5 um的连续通道。

多光谱和高光谱
多光谱:3-10宽波段。
高光谱:数百条窄带。

多光谱与高光谱

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。

但它的缺点之一是增加了复杂性。如果有200个窄带可用，如何减少通道之间的冗余?

高光谱和多光谱图像有许多实际应用。例如，高光谱图像已被用于绘制入侵物种的地图和帮助矿产勘探。

在多光谱和高光谱的应用中，我们可以了解世界。例如，我们在农业、生态、石油和天然气、海洋学和大气研究等领域使用它。

以上出自多光谱和高光谱图像有什么区别？