高光譜分辨率遙感(Hyperspectral Remote Sensing)是指利用很多很窄的電磁波波段從感興趣的物體獲取有關(guān)數(shù)據(jù)。它的基礎(chǔ)是測譜學(xué)(Spectroscopy)。測譜學(xué)早在20世紀(jì)初就被用于識別分子和原子及其結(jié)構(gòu)(Skoog等，1998),20世紀(jì)80年代才開始建立成像光譜學(xué)(Imaging Spectroscopy)。它是在電磁波譜的紫外、可見光、近紅外和中紅外區(qū)域，獲取許多非常窄且光譜連續(xù)的圖像數(shù)據(jù)的技術(shù)(Lillesand & Kiefer,1994)。成像光譜議(ImagingSpectrometer)為每個(gè)像元提供數(shù)十至數(shù)百個(gè)窄波段(通常波段寬度<10 imaging="" vane="">100nm,且波段在波譜上不連續(xù)，并不完全覆蓋整個(gè)可見光至紅外光(0.4～2.4μm)光譜范圍。例如一個(gè)TM波段內(nèi)只記錄一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，而用航空可見光/紅外光成像光譜儀(AVIRIS)記錄這一波段范圍的光譜信息需用10個(gè)以上數(shù)據(jù)點(diǎn)，如圖1.3所示。這并不是簡單的數(shù)據(jù)量的增加，而是信息量的增加，信息量可增加十倍以至數(shù)百倍。

成像光譜技術(shù)的發(fā)展早已引起了遙感地學(xué)科學(xué)家們的興趣。高光譜遙感的出現(xiàn)是遙感界的一場革命。它使本來在寬波段遙感中不可探測的物質(zhì)，在高光譜遙感中能被探測。研究表明許多地表物質(zhì)(雖然并不包括全部)的吸收特征在吸收峰深度(banddepth)一半處的寬度為20～40 nm(Hunt,1980)。由于成像光譜系統(tǒng)獲得的連續(xù)波段寬度一般在10nm以內(nèi)，因此這種數(shù)據(jù)能以足夠的光譜分辨率區(qū)分出那些具有診斷性光譜特征的地表物質(zhì)。這一點(diǎn)在地質(zhì)礦物分類及成圖上具有廣泛的應(yīng)用前景。而陸地衛(wèi)星傳感器，像MSS和TM,則無法探測這些具有診斷性光譜吸收特征的物質(zhì)，因?yàn)樗鼈兊牟ǘ螌挾纫话阍?00～200 nm(遠(yuǎn)寬于診斷性光譜寬度),且在光譜上并不連續(xù)(Vane & Goetz,1988;和Goetz等，1985)。類似地，假如礦物成分有特殊的光譜特征，用這種高光譜分辨率數(shù)據(jù)也能將混合礦物或礦物像元中混有植被光譜的情形，在單個(gè)像元內(nèi)計(jì)算出各種成分的比例。在地物探測和環(huán)境監(jiān)測研究中，利用高光譜遙感數(shù)據(jù)，可采用確定性方法(模型),而不像寬波段遙感采用的統(tǒng)計(jì)方法(模型)。其主要原因也是因?yàn)槌上窆庾V測定法能提供豐富的光譜信息，并借此定義特殊的光譜特征(Goetz等，1985)。

發(fā)展階段

20世紀(jì)80年代遙感技術(shù)的最大成就之一是高光譜遙感技術(shù)的興起(鄭蘭芬和王晉年，1992)。在1983年，第一幅由航空成像

光譜儀(AIS-1)獲取的高光譜分辨率圖像以全新的面貌呈現(xiàn)在科學(xué)界面前。它要求利用新的處理手段來操作和提取信息(Goetz等，1985;Vane & Goetz,1988;和Lillesand & Kiefer,1994)。雖然這種高光譜遙感雛形已經(jīng)在70年代末開始(Chiu & Collins,1978),但它的正式出現(xiàn)標(biāo)志著第一代高光譜分辨率傳感器面世。

第一代成像光譜儀以AIS-1和AIS-2為代表(Vincent,1997;Vane &Goetz,1988)。這類成像光譜儀以推掃①方式的二維面陣列成像。工作原理與推掃式線陣列非常相似(Vincent,1997)。AIS-1用32×32面陣列成像，而AIS-2則用64×64面陣列成像。

在以后幾年中，AIS數(shù)據(jù)被成功地應(yīng)用在多個(gè)地學(xué)研究領(lǐng)域中。這類高光譜分辨率數(shù)據(jù)由于二維固體陣列探測器寬度的限制而使獲得的圖像寬度(每行像元數(shù))非常有限。這一點(diǎn)阻礙了這一儀器的商業(yè)性發(fā)展。盡管如此，它確實(shí)開創(chuàng)了高光譜和高空間分辨率兼有、光譜和圖像合一的高光譜遙感技術(shù)的新時(shí)代。

1987年，第二代高光譜成像儀問世。美國宇航局(NASA)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)從1983年開始研制一種叫做航空可見光/紅外光成像光譜儀(AVIRIS)。它是第二代成像光譜儀的代表。終于在1987年獲得第一幅AVIRIS圖像(Green等，1998)。AVIRIS是首次測量全部太陽輻射覆蓋的波長范圍(0.4～2.5μm)的成像光譜儀。1987年后，AVIRIS每年為科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用提供大量的圖像數(shù)據(jù)。截止到1998年，已經(jīng)發(fā)表與AVIRIS數(shù)據(jù)有關(guān)的研究論文(摘要)有250多篇，在過去的10多年里已多次召開與AVIRIS數(shù)據(jù)有關(guān)的研討班、學(xué)術(shù)交流會(huì)(Green等，1998;和Vane& Goetz,1993)。AVIRIS與AIS的主要區(qū)別在于AVIRIS以撣掃①式線陣列成像。與AIS傳感器相比，AVIRIS在傳感器本身、定標(biāo)、數(shù)據(jù)系統(tǒng)及飛行高度等方面都有很大的改進(jìn)，以滿足研究人員在科研和應(yīng)用中對AVIRIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的要求。在AIS之后很快投入運(yùn)行的熒光線成像儀(FLI)(Hollinger等，1987)和先進(jìn)的固體陣列光譜輻射儀(ASAS)(Huegel,1987)亦為研究人員提供了不少高光譜分辨率圖像。這兩種成像光譜儀主要覆蓋可見光和近紅外光譜區(qū)。幾乎與AVIRIS并存的加拿大研制的小型機(jī)載成像光譜儀(CASI)有很高的光譜分辨率(1.8 nm),288個(gè)波段覆蓋的光譜范圍包括可見光和部分近紅外區(qū)域(430～870 nm)。由美國研制的高光譜數(shù)字圖像實(shí)驗(yàn)儀(HYDICE)在1996年開始使用。它的探測范圍與AVIRIS相同(400～2500nm),但用CCD推掃式技術(shù)成像。HYDICE有210個(gè)波段，寬度3～20 nm不等。它們均為地學(xué)、植被研究與應(yīng)用提供了大量有價(jià)值的高光譜數(shù)據(jù)(宮鵬等，1996)。

最初發(fā)展成像光譜儀雖然亦用于植被遙感，但主要是為地質(zhì)礦物識別研究之用(Goetz等，1985)。但是，1988年以后，成像光譜測定法已被成功地應(yīng)用在大氣科學(xué)、生態(tài)、地質(zhì)、水文和海洋等學(xué)科中(Vane & Goetz,1993)。所有這些充分證實(shí)了高光譜遙感的應(yīng)用潛力。