高光譜遙感的發(fā)展前景

將來(lái)高光譜衛(wèi)星傳感器將以AVIRIS的工作方式測(cè)量太陽(yáng)反射光譜。它們將提供多時(shí)相全球各個(gè)區(qū)域的高光譜圖像(Green等，1998)。幾個(gè)新的航天成像光譜儀已被研制出來(lái)。美國(guó)宇航局計(jì)劃將兩個(gè)成像光譜儀作為地球觀測(cè)系統(tǒng)(EOS)的一部分，于1999年底或稍遲的時(shí)候送入地球軌道。這兩個(gè)光譜儀是中等分辨率成像光譜儀(MODIS)和高分辨率成像光譜儀(HIRIS)(Vane&Goetz,1993;和Gupta,1991)。攜帶MODIS的EOS-AM衛(wèi)星已于1999年12月8日上午在加州Vandenberg空軍基地被成功地送入軌道，儀器調(diào)試于2000年2月完成。

MODIS是EOS計(jì)劃(又稱(chēng)Terra計(jì)劃)中用于觀測(cè)全球生物和物理過(guò)程的儀器，每天可完成一次全球觀測(cè)。該儀器計(jì)劃搭載于EOS-AM(上午軌道)和PM(下午軌道)系列衛(wèi)星上，提供長(zhǎng)期觀測(cè)，從中人們可以獲得對(duì)地球表面和大氣層底部全球動(dòng)力過(guò)程的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。MODIS是一個(gè)真正多學(xué)科綜合的儀器，可以對(duì)高優(yōu)先級(jí)的大氣(云及其相關(guān)性質(zhì))、海洋(洋面溫度和葉綠素)及地表特征(土地覆蓋變化、地表溫度、植被特性)進(jìn)行一致的、同步觀測(cè)。該儀器可望對(duì)整個(gè)地球系統(tǒng)，包括陸、洋、氣過(guò)程間的相互作用的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)作出重大貢獻(xiàn)。MODIS仍延用傳統(tǒng)的成像輻射計(jì)的思想，由橫向掃描鏡、光收集器件、一組線性探測(cè)器陣列和位于4個(gè)焦平面上的光譜干涉濾色鏡組成。這種光學(xué)設(shè)計(jì)可為地學(xué)應(yīng)用提供0.4～14.5μm之間的36個(gè)離散波段的圖像，星下點(diǎn)空間分辨率可為250m、500 m或1km。MODIS每?jī)商炜蛇B續(xù)提供地球上任何地方的白天反射圖像和白天/晝夜的發(fā)射光譜圖像。每個(gè)MODIS儀器的設(shè)計(jì)工作壽命為5年，4個(gè)儀器期望在1999年和2006年間發(fā)射。用于搜集供全球變化研究的15年數(shù)據(jù)集。

HIRIS將有30m的空間分辨率，獲取0.4～2.5μm波長(zhǎng)范圍的10nm寬的192個(gè)連續(xù)光譜段。它是AVIRIS的繼承者。HIRIS將獲取沿飛行方向前后+60°～-30°及橫向±24°的圖像。雖然它的周期為16天，但由于它的指向能力，對(duì)于一些特殊區(qū)域，其覆蓋頻率將會(huì)更高。HIRIS數(shù)據(jù)將用于識(shí)別表面物質(zhì)、測(cè)量小目標(biāo)物的二向性反射分布函數(shù)(BRDF)及執(zhí)行小空間范圍的生態(tài)學(xué)過(guò)程的詳細(xì)研究。

美國(guó)的行星地球計(jì)劃(MTPE)和EOS計(jì)劃是全球性的，一直會(huì)延續(xù)到2014年以后(Asrar & Greenstone,1995)。與此同時(shí)，NASA計(jì)劃于2000年4月發(fā)射壽命為一年的試驗(yàn)衛(wèi)星EO-1,攜帶Hyperion(高光譜成像儀)、ALI(先進(jìn)的陸地成像儀)等高光譜傳感器和大氣糾正儀(Atmospheric Corrector)。該計(jì)劃將為本世紀(jì)高光譜衛(wèi)星遙感對(duì)地觀測(cè)奠定基礎(chǔ)。這些計(jì)劃的最終目的是評(píng)價(jià)各種地球系統(tǒng)過(guò)程，包括水文過(guò)程、生物地球化學(xué)過(guò)程、大氣過(guò)程及固體地球過(guò)程。成像光譜儀(星載)將成為這些計(jì)劃實(shí)施中的關(guān)鍵儀器。但是這種星載成像光譜儀仍會(huì)面臨重大難題，如衛(wèi)星的飛行高度和速度能引起從空間測(cè)量高質(zhì)量光譜的困難，為精確地測(cè)量光譜、輻射值及空間位置的定標(biāo)需要新的處理方法和能力。因此，AVIRIS系統(tǒng)和其它航空成像光譜儀將會(huì)繼續(xù)為科研和應(yīng)用提供高質(zhì)量的高光譜圖像數(shù)據(jù)，并用來(lái)驗(yàn)證第一代星載成像光譜儀的工作性能(Green等，1998)。對(duì)于現(xiàn)有的航空成像光譜儀技術(shù)系統(tǒng)亦需要完善。例如，在傳感器方面，需要改善其獲取數(shù)據(jù)的性能，提高圖像數(shù)據(jù)的信噪比，增強(qiáng)機(jī)上實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力；在數(shù)據(jù)分析處理方面，強(qiáng)調(diào)大氣訂正、信息提取技術(shù)，要求發(fā)展新算法和完善已有的算法，并向構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用處理算法軟件包(工具)方向努力，特別是發(fā)展和完善那些針對(duì)高光譜海量數(shù)據(jù)和豐富光譜信息特點(diǎn)設(shè)計(jì)的算法和軟件，以提高高光譜數(shù)據(jù)處理效率以及分析、研究和應(yīng)用水平。