姓名：韓宜真
學(xué)號：17020120095
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【嵌牛導(dǎo)讀】本文介紹了高光譜遙感技術(shù)在生活中的應(yīng)用。
【嵌牛鼻子】稀疏注意力
【嵌牛提問】高光譜遙感能做什么？
【嵌牛正文】
01高光譜衛(wèi)星家族發(fā)射史
? ? ? 2008年9月，HJ-1A和HJ-1B于在太原衛(wèi)星發(fā)射中心“一箭雙星”成功發(fā)射，現(xiàn)運行正常?！碍h(huán)境一號”衛(wèi)星系統(tǒng)是中國國務(wù)院批準的專門用于環(huán)境和災(zāi)害監(jiān)測的對地觀測系統(tǒng)，擁有光學(xué)、紅外、超光譜多種探測手段，具有大范圍、全天候、全天時、動態(tài)的環(huán)境和災(zāi)害監(jiān)測能力。
?? ?2016年12月，酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，發(fā)射了被稱為 ? “世界上非常強大的高光譜成像衛(wèi)星”的Spark雙星 。其光譜分辨率小于5米，地面分辨率在15米左右，主要波段數(shù)為328個，因中國最新成像衛(wèi)星裝備有超強的高分辨率成像光譜儀，因此中國對美國有技術(shù)上優(yōu)勢。
? ? ? 這兩顆寬幅高光譜微納衛(wèi)星不僅填補國內(nèi)獨立自主高光譜數(shù)據(jù)源的空缺，而且其后續(xù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品將對國內(nèi)科學(xué)研究項目免費公開共享，將使得衛(wèi)星工程的意義突破遙感數(shù)據(jù)本身的價值。
? 2017年6月16日，珠海一號”衛(wèi)星星座由3種衛(wèi)星組成，用多種方式對地面拍照，采集多個角度、多個方位的可見光視頻數(shù)據(jù)、高光譜數(shù)據(jù)、雷達成像數(shù)據(jù)等，可實現(xiàn)全方位遙感。
? ? ? ?事實上，衛(wèi)星類高頻譜成像技術(shù)應(yīng)用，中國其實早已投入使用，包括已經(jīng)發(fā)射多次的嫦娥探月衛(wèi)星、天宮一號目標飛行器，以及HJ1高光譜小衛(wèi)星等，這些衛(wèi)星和飛行器利用高頻譜成像技術(shù)展開對地觀測任務(wù)，并在民用領(lǐng)域展示了較強的實際應(yīng)用能力。
? ? ? ?高光譜類衛(wèi)星的主要特點是采用高分辨率成像光譜儀，波段數(shù)為36~256個，光譜分辨率為5~10nm，地面分辨率為30~1000m。
? ? ? ?通常數(shù)碼相機采用紅、綠、藍三種顏色還原色彩，而高光譜微納衛(wèi)星則分出148個顏色，覆蓋400—1000納米譜段范圍，通過后端數(shù)據(jù)處理，不僅有圖像信息，還可獲得圖像上每個點的光譜數(shù)據(jù)以及任一個譜段的影像信息。
通過在數(shù)百公里高度運行的高光譜衛(wèi)星，”光譜遙感獨一無二的光譜“指紋，就能分辨出土壤種植作物土豆和紅薯的差別，分辨出同種顏色不同品種的水稻，進而分析出全球農(nóng)林作物長勢和分布信息，估算產(chǎn)量。當(dāng)然，上述波段數(shù)據(jù)需要軟件處理，結(jié)合專業(yè)行業(yè)知識，才能分析出物質(zhì)信息。
02高光譜技術(shù)火眼識別“身份證”
?? 20世紀80年代高光譜成像，進入光學(xué)儀器發(fā)展歷史上的飛躍。該技術(shù)突破了傳統(tǒng)成像能力，能夠?qū)Σ煌煞值墓庾V特征進行識別，譜段可由幾十至幾百個。
高光譜遙感全稱為“高光譜分辨率遙感”。它不像多光譜遙感中根據(jù)顏色的差異來分辨目標，而是根據(jù)譜段光譜曲線的形態(tài)來分析目標。光譜分析是人類借助光認知世界的重要方式。光譜分析能獲取除肉眼能看到的物質(zhì)的形狀、尺寸、規(guī)格等以外的物質(zhì)成分信息。
? ? ? 萬物皆有光譜曲線，我們可以看著身份識別，通過光譜成像獲取各種物質(zhì)成分信息。在無人機搭載進行低空作業(yè)，1小時內(nèi)就可完成對1萬平方米農(nóng)田的土壤分析。
? ? ? ?高光譜遙感能在可見光到短波紅外范圍內(nèi)連續(xù)光譜成像，不僅光譜探測范圍超過了肉眼的感知，還能連續(xù)記錄數(shù)百個光譜波段。
遙感可上觀天象、下望山川、河流大地、海洋全貌。不止如此，上天入地，無所不及。目前在醫(yī)學(xué)、生物、刑偵、考古、文物保護等領(lǐng)域開展了廣泛的探索性應(yīng)用。2006年中科院與故宮博物院等單位合作在古畫、唐卡、壁畫、墨書等文物的識別和鑒別方面取得了開創(chuàng)性成果。
? ? ? ? 今年年初，熱門紀錄片《我在故宮修文物》，第三集書畫文物修復(fù)中出現(xiàn)了高光譜遙感以及研究室研發(fā)高光譜掃描HyScan，技術(shù)分析細節(jié)讓人嘆為觀止。
? ? ??在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，高光譜遙感在作物長勢監(jiān)測、產(chǎn)量估計、品質(zhì)監(jiān)測以及病蟲害監(jiān)測預(yù)測方面得到了廣泛應(yīng)用。目前，國內(nèi)外在作物病蟲害遙感監(jiān)測研究中，主要是針對受病蟲害脅迫作物的光譜特征，開展病蟲害脅迫的特征提取。
? ? ? 2000年中科院遙感所團隊曾基于在日本長野獲取的80個譜段的航空高光譜遙感數(shù)據(jù)，對卷心菜、大白菜、蘿卜等多種蔬菜進行了精細分類，預(yù)測蔬菜產(chǎn)量。
? ? ? ?如農(nóng)藥殘留的蔬菜和沒有農(nóng)藥殘留的蔬菜(下圖)。相較于傳統(tǒng)檢測方式，高光譜遙感食品檢測不僅具有無接觸、無損的特點，在檢測效率、食品安全提升方面是革命性的提升。根據(jù)果蔬光譜特征不同生長周期、產(chǎn)地差異性，可用于檢測果蔬新鮮度、產(chǎn)地溯源等功能。
?????????????????? 有無農(nóng)藥殘留蔬菜光譜(介飛決是一種農(nóng)藥)
? ? ? ?基于高光譜遙感成像技術(shù)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、云端數(shù)據(jù)技術(shù)研發(fā)了高光譜掃描儀HyScan， 目前該項技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化，原型機產(chǎn)品還在測試完善中，不日面市。
? ? ?光譜分析技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)與智能手機的融合誕生了面向普通民眾的高光譜應(yīng)用，借助于嵌入到智能手機里的光譜儀，實時獲取通過手機快速檢測果蔬食品安全信息。
? ? ? ? 常用的特征提取方法包括基本的光譜運算及變換方法，如敏感波段提取法，光譜植被指數(shù)法，微分光譜分析法，吸收谷/反射峰等光譜位置參數(shù)提取法等)和光譜數(shù)據(jù)知識挖掘方法，如主成分分析法，小波分析法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，支持向量機，偏最小二乘回歸等。
? ? ? ?在農(nóng)作物為生長監(jiān)測方面，不同病蟲害區(qū)分研究，研究者提出了新型病害識別光譜指數(shù)。如引入RELIEF-F特征提取算法，說明小麥條銹病，白粉病以及蚜蟲的光譜特征，并構(gòu)建定量區(qū)分特定病害的新型光譜指數(shù)NSIs(New Spectral?Indices)，將這些新型植被指數(shù)用于葉片和冠層尺度病蟲害區(qū)分均取得滿意的結(jié)果。
