高光谱遥感的发展与应用_张达
第１１卷 第３期２
０１３年６月光学与光电技术
ＯＰＴＩＣＳ ＆ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．１１，Ｎｏ．３
Ｊｕｎｅ，２０１３收稿日期 ２０１２－０９－２９； 收到修改稿日期 ２０１２－１２－
１３作者简介 张达（１９８１－）
，男，博士，副研究员，硕士生导师，主要从事空间光学遥感仪器的研制、空间光学成像，以及光谱探测技术方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｄａ＠ｃｉｏｍｐ
．ａｃ．ｃｎ基金项目 国防预研基金（ＳＡ０５０），国家８６３高技术研究发展计划（２０１０ＡＡ１２２１０９１００１）
，吉林省科技发展计划（２０１１０１０７９
）资助项目文章编号：１６７２－３３９２（２０１３）０３－００６７－
０７高光谱遥感的发展与应用
张 达 郑玉权
（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３）
摘要 阐述了高光谱遥感的特点、优势，以及在航空及航天领域的发展情况，列举了几种典型高光谱成像仪的光学系统原理和主要技术指标。在此基础上，
概述了高光谱遥感在植被生态、大气环境、地质矿产、海洋、军事等领域的应用情况。最后对高光谱遥感发展趋势提出了几点建议，包括低反射率目标遥感、高信噪比、高空间分辨率及宽覆盖范围等方面。关键词 高光谱遥感；发展；应用；成像光谱仪中图分类号 ＴＰ７０ 文献标识码 Ａ
１ 引 言
遥感技术是２０世纪６０年代发展起来的对地
观测综合性技术［１］
，随着２０世纪８０年代成像光谱
技术的出现，
光学遥感进入了高光谱遥感阶段。从２０世纪９０年代开始，
高光谱遥感已成为国际遥感技术研究的热门课题和光电遥感的最主要手段。
高光谱遥感技术作为对地观测技术的重大突破［
２］
，其发展潜力巨大。
高光谱遥感实现了遥感数据图像维与光谱维信息的有机融合，在光谱分辨率上有巨大优势，是遥感发展的里程碑。随着高光谱遥感技术的日趋成熟，其应用领域也日益广泛，已渗透到国民经济的各个领域，如环境监测、资源调查、工程建设等，对于推动经济建设、社会进步、环境的改善和国防建设起到了重大的作用。本文主要阐述高光谱遥感的特点、优势以及在航空及航天领域的发展情况，概括了高光谱遥感在植被生态、大气环境、地质矿产，
海洋军事等领域的应用情况。２ 高光谱遥感特点与优势
高光谱遥感是高光谱分辨率遥感（Ｈｙｐｅｒｓｐ
ｅｃ－ｔｒａｌ Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ）
的简称［３］
，它是在电磁波谱的紫外、可见光、近红外、中红外和热红外波段范围
内，获取许多非常窄且光谱连续的影像数据的技
术，是在传统的二维遥感的基础上增加了光谱维，形成的一种独特的三维遥感。对大量的地球表面物质的光谱测量表明，
不同的物体会表现出不同的光谱反射和辐射特征，这种特征引起吸收峰和反射峰的波长宽度在５～５０ｎｍ左右，其物理内涵是不同的分子、
原子和离子的晶格振动，引起不同波长的光谱发射和吸收，从而产生了不同的光谱特征。运用具有高光谱分辨率的仪器，通过获取图像上任何一个像元或像元组合所反映的地球表面物质的光谱特性，
经过后续数据处理，就能达到快速区分和识别地球表面物质的目的［
４］
。高光谱遥感的成像光谱仪具有光谱分辨率高（５～１０ｎｍ），光谱范围宽（０．４μｍ～２．５μｍ）
的显著特点，可以分离成几十甚至数百个很窄的波段来接收信息，
所有波段排列在一起能形成一条连续的完整的光谱曲线，光谱的覆盖范围从可见光、近红外到短波红外的全部电磁辐射波谱范围。高光谱数据是一个光谱图像的立方体，其空间图像维描述地表二维空间特征，其光谱维揭示图像每一像元的光谱曲线特征，由此实现了遥感数据图像维与光谱
维信息的有机融合［
５］
。高光谱遥感在光谱分辨率方面的巨大优势，使得空间对地观测时可获取众多连续波段的地物光谱图像，
从而达到直接识别地球表面物质的目的。地物光谱维信息量的增加为遥感对地观测、地物识别及地理环境变化监测提供了
光学与光电技术第１１卷
更充分的光谱信息，使传统的遥感数据目标识别和分析方法发生了本质的变化。
根据高光谱遥感仪器光机扫描方式的不同，可
将成像光谱仪分为掸扫型、
推帚型和凝视型［６］
。根据分光方式的不同，光谱成像仪又可分为色散型、
干涉型和计算层析型三大类型［
７］
。３ 高光谱遥感的发展
３．１ 航空领域高光谱遥感技术发展
高光谱遥感起步便是从航空领域开始的。１９８３年，世界第一台成像光谱仪ＡＩＳ－
１在美国研制成功［８］
，在矿物填图、植被生化特征等研究方面获得了应用。此后，许多国家先后研制了多种类型的航空成像光谱仪。如美国的ＡＶＩＲＩＳ、ＤＡＩＳ、
ＴＲＷＩＳⅢ，加拿大的ＦＬＩ、ＣＡＳＩ，德国的ＲＯＳＩＳ，澳大利亚的ＨｙＭａｐ等，
如图１所示
。图１ ＡＶＩＲＩＳ和ＨＹＭＡＰ成像仪Ｆｉｇ．１ ＡＶＩＲＩＳ ａｎｄ ＨＹＭＡＰ ｉｍａｇ
ｅｒ
第一代成像光谱仪（ＡＩＳ），由美国国家航空和航天管理局（ＮＡＳＡ）所属的喷气推进实验室设计，共有两种：ＡＩＳ－１（１９８２年～１９８５年，１２８波段）和ＡＩＳ－
２（１９８５年～１９８７年，１２８波段），其光谱覆盖范围为１．２～２．４μｍ。美国的ＡＶＩＲＩＳ于１９８７年
进行了首次飞行试验，探测器行像素为６７７，数据量化位数１２位。２０世纪９０年代美国著名的ＴＲＷ公司研制的ＴＲＷＩＳ－Ⅲ型超光谱成像仪是当
时最新的一种成像光谱仪，波段范围覆盖０．４～２．５μｍ，具有３８４个连续光谱通道，ＶＮＩＲ谱段光谱带宽仅为５ｎｍ，ＳＷＩＲ谱段为６．２５ｎｍ，信噪比很高（几百比１），其在军事和民用方面都有极高的
应用价值［
９］
。澳大利亚机载成像光谱仪（ＨＹＭＡＰ）于１９９７年研制成功，其焦平面行像元数５１２，
随即开始应用于商业勘探领域。为了推进成像光谱技术在我国地质找矿中的应用，
中国地质调查局于２００２年通过租用澳大利亚机载成像光谱仪的方式，开展了新疆东天山地区航空成像光谱飞行、
数据获取、数据处理，以及应用研究工作，为澳大利亚机载成像光谱仪引进和成像光谱技术推广应用奠定了基础。
２０世纪８０年代初、
中期，在国家科技攻关项目和８６３计划的支持下，我国亦开展了高光谱成像技术的独立发展计划。我国高光谱仪的发展，经历了从多波段到成像光谱扫描，从光学机械扫描到面阵推扫的发展过程。２０世纪８０年代后期研制和发展了新型模块化航空成像光谱仪（ＭＡＩＳ），此后，中国又自行研制了更为先进的推帚式成像光谱仪（ＰＨＩ）、实用型模块化成像光谱仪（ＯＭＩＳ）、宽视场面阵ＣＣＤ超光谱成像仪（ＷＨＩ），以及高分辨率成像光谱仪（Ｃ－ＨＲＩＳ）等，并在国内外得到多次应用，
这一系列高光谱仪器的研制成功，为中国遥感科学家提供了新的技术手段。
ＭＡＩＳ、ＰＨＩ和ＯＭＩＳ均为上海技术物理研究
所研制，如图２所示，其中ＭＡＩＳ于１９９１年开始投
入运行，焦平面数据量化位数１２位；ＰＨＩ于１９９７年研制成功，焦平面行像元数３７６，数据量化位数１２位，目前已发展到ＰＨＩ－
３型；ＯＭＩＳ从２０００年开始执行遥感飞行试验任务，
焦平面行像元数５１２，数据量化位数１２位［１
０－
１２］
。图２ ＭＡＩＳ、ＰＨＩ和ＯＭＩＳ成像仪Ｆｉｇ．２ ＭＡＩＳ，ＰＨＩ ａｎｄ ＯＭＩＳ ｉｍａｇ
ｅｒ
８６
第３期张达等：高光谱遥感的发展与应用Ｃ－ＨＲＩＳ是长春光机所针对星载高分辨率成
像光谱仪所研制的原型样机，光谱范围覆盖０．４３～２．
４μｍ，共１２８个谱段［１３］
，其光学系统原理如图３所示
。
图３ Ｃ－ＨＲＩＳ光学系统原理图
Ｆｉｇ．３ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ Ｃ－ＨＲＩＳ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙ
ｓｔｅｍ
随着光谱遥感技术的深入研究和广泛应用以
及无人机技术的逐渐成熟，航空领域光谱成像仪的搭载平台从有人机载已扩展到无人机载及其他轻小型平台。长春光机所于２０１１年在国家８６３计划“无人机综合遥感验证系统高精度光学载荷验证技术研究”
项目的支持下，成功研制完成了基于Ｏｆｆｎｅｒ凸光栅分光谱方式的无人机载高光谱成像
仪，
目前已经投入到实际应用中。经过２０世纪８０年代的起步与９０年代的发展，一系列高光谱成像系统在国际上研制成功并在航空平台上获得了广泛的应用。至２０世纪９０年代后期，在高光谱遥感应用的一系列重要技术问题，如高光谱成像信息的定标和定量问题，
成像光谱图像信息可视化及多维表达问题，图像－光谱变换和光谱信息提取、大数据量信息处理、光谱匹配和光谱识别、分类等问题得到基本解决之后，高光谱遥感在技术发展方面则由以航空系统为主开始转向于航空和航天高光谱分辨率遥感系统相结合的阶段。
３．２ 航天领域高光谱遥感技术发展
２０世纪９０年代末，在经过航空试验和成功运行应用之后，高光谱遥感终于进入到航天发展领域。１９９９年美国地球观测计划（ＥＯＳ）的Ｔｅｒｒａ综合平台上的中分辨率成像光谱仪（ＭＯＤＩＳ）、号称“新千年计划第一星”ＥＯ－１上的Ｈｙｐ
ｅｒｉｏｎ成像光谱仪、美国ＭｉｇｈｔｙＳａｔⅡ小型技术试验卫星上携带的超光谱成像仪试验相机（ＦＴＨＳＩ）、欧洲环境卫星（ＥＮＶＩＳＡＴ）上的ＭＥＲＩＳ，以及欧洲的ＣＨＲＩＳ卫星相继升空，宣告了航天高光谱时代的来临。
ＭＯＤＩＳ是当时世界上新一代“
图谱合一”的光学遥感仪器，有３６个离散光谱波段，光谱范围宽，从０．４～１４．４μｍ全光谱覆盖，最大空间分辨率可达２５０ｍ，扫描宽度２
３３０ｋｍ。Ｈｙｐ
ｅｒｉｏｎ由美国ＴＲＷ公司负责研制并于２０００年成功发射升空。其共用望远镜采用ＴＭＡ设计方案，将地面一条窄带成像置于其后焦面的狭缝上，分色镜将经过狭缝的光束分为可见近红外（ＶＮＩＲ：０．４～１．０μｍ）和短波红外（ＳＷＩＲ：１．０～２．５μｍ）两部分，分别进入ＶＮＩＲ和ＳＷＩＲ平场光栅光谱仪，在它们的光谱成像面上由ＣＣＤ和Ｈｇ
ＣｄＴｅ面阵探测器获取地面一条窄带的光谱图像信息。通过卫星的推扫获得地面二维空间的光谱图像数据，其光学系统原理如图４所示
。
图４ Ｈｙｐ
ｅｒｉｏｎ光学原理图Ｆｉｇ．４ Ｏｐｔｉｃａｌ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ Ｈｙｐ
ｅｒｉｏｎ
９
６
光学与光电技术第１１卷
ＦＴＨＳＩ由美茶隼（Ｋｅｓｔｒｅｌ）公司负责制造，是美
国防部唯一利用傅里叶变换技术的天基超光谱成像
仪。２０００年８月１日，ＦＴＨＳＩ试验相机开始对地采
集光谱图像数据，发回了军事科学家盼望已久的从
太空中拍摄的超光谱图像，其光学原理如图５所示
。
图５ ＦＴＨＳＩ光学原理图
Ｆｉｇ．５ Ｏｐｔｉｃａｌ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ＦＴＨＳＩ
ＣＨＲＩＳ是英国Ｓｉｒａ电光公司为欧空局小卫星平台ＰＲＯＢＡ（Ｐｒｏｊｅｃｔ ｆｏｒ Ｏｎ－Ｂｏａｒｄ Ａｕｔｏｎｏｍｙ）研制的主要有效载荷，为陆地应用提高空间对地遥感数据研制的高分辨率超光谱成像仪。ＰＲＯＢＡ于２０００年成功发射升空，进入轨道高度约为８３０ｋｍ的接近圆的太阳同步极轨。ＣＨＲＩＳ光学系统原理如图６所示
。
图６ ＣＨＲＩＳ光学原理图
Ｆｉｇ．６ Ｏｐｔｉｃａｌ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ＦＴＨＳＩ
选取三种典型星载高光谱成像仪的性能指标参数加以列举，如表１所示。
表１ 国外典型高光谱成像仪的技术指标
Ｔａｂｌｅ １ Ｍａｉｎ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ｏｆ
ｆｏｒｅｉｇｎ ｔｙｐｉｃａｌ ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌ ｉｍａｇｅｒ ｏｎ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ
仪器
轨道
高度／ｋｍ
光谱范围／μｍ光谱分辨率／ｎｍ
ＶＮＩＲ ＳＷＩＲ ＶＮＩＲ ＳＷＩＲ
谱段数
地面分
辨率／ｍ
穿轨像
元数
刈幅宽度
／ｋｍ
探测器
ＶＮＩＲ ＳＷＩＲ
Ｈｙｐｅｒｉｏｎ ７０５ ０．４～１．０ ０．９～２．５ １０ １０ ２２０ ３０ ３２０ ９．６ＣＣＤ ＨｇＣｄＴｅＦＴＨＳＩ ５００ ０．５～１．０５—８４．４ｃｍ－１ １．２４～１１ １４６ ５７ １ ０２４ ７．５～３０ＣＣＤ—
ＣＨＲＩＳ ８３０ ０．４５～１．０５———１８～６３ １７ ７４８ １３ＣＣＤ—
进入２１世纪以来随着全球气候变化趋势的不断加剧，美国和欧洲等航天发达国家均开展了针对大气监测的星载高光谱遥感技术的研究，多颗高光谱探测卫星进入运行轨道发挥作用［１４］。
２００２年３月，欧空局成功地发射了ＥＮＶＩ－ＳＡＴ－１卫星，其携带了分辨率达０．０３５ｃｍ－１的主动大气探测麦克尔逊干涉仪ＭＩＰＡＳ和大气痕量气体扫描成像光谱仪ＳＣＡＭＡＣＨＹ［１５］。结合色散棱镜和光栅方式实现高分辨率光谱大气观测，测量的光谱范围从紫外到近红外，光谱分辨率为０．２～１．５ｎｍ［１６］。日本ＧＯＳＡＴ卫星于２００９年１月发射升空，其上搭载了高光谱温室气体观测探测器（ＴＡＮＳＯ），该卫星用来检测全球大气中ＣＯ
２
和ＣＨ４含量［１７］。２００９年２月，美国ＮＡＳＡ第一颗天基大气ＣＯ２观测专用卫星ＯＣＯ（Ｏｒｂｉｔｉｎｇ ＣａｒｂｏｎＯｂｓｅｒｖａｔｏｒｙ）发射失败，其经过８年研制的高光谱仪器是世界各国研究星载温室气体探测仪器的重要经验和基础，ＯＣＯ－２计划于２０１３年发射［１８］。ＳＣＡＭＡＣＨＹ首次演示验证了卫星观测温室气体的可行性，ＧＯＳＡＴ和ＯＣＯ卫星在技术指标上要高于ＳＣＡＭＡＣＨＹ，提高了测量温室气体的精度。
我国借助载人航天工程的推动，在航天领域紧跟国际高光谱遥感技术的发展，并结合国内应用需求，先后研制了多个光谱成像仪并成功发射。
中科院上海技术物理研究所研制的中分辨率成像光谱仪（ＣＭＯＤＩＳ）于２００２年随“神舟”三号发射升空，成功获取航天高光谱影像，其获取影像从可见光到近红外共３０波段，中红外到远红外的４波段，空间分辨率为５００ｍ［１９］。
２００７年１０月年发射的“嫦娥１号”卫星携带中科院西安光机所研制的干涉成像光谱仪升空，用于获取月球表面二维多光谱序列图像及可分辨地元光谱图［２０］，通过与其他仪器配合使用对月球表面元素及物质类型的含量与分布进行分析，获得的数据用于编制各元素的月面分布图。
２００８年９月，环境与灾害监测小卫星星座Ａ、Ｂ星（ＨＪ－１）成功发射并顺利入轨，标志着我国环境与灾害监测预报小卫星星座成功组建，其携带的超光谱成像仪，采用０．４５～０．９５μｍ波段，平均光谱分辨率为５ｎｍ，地面分辨率为１００ｍ［２１］。
０７
第３期张达等：高光谱遥感的发展与应用
２０１１年９月，我国成功发射“天宫一号”目标飞行器，上面搭载的有效载荷之一“高光谱成像仪”是由中科院长春光机所和中科院上海技物所共同研制的，波段范围覆盖可见至短波红外谱段，是目前我国空间分辨率和光谱分辨率最高的星载高光谱成像仪，可实现纳米级光谱分辨率的地物特征和性质的成像探测。与目前国际上尚在运行的星载高光谱遥感仪器相比，其在波段范围、光谱数目以及空间分辨率等各项性能指标上具有相当优势。
目前，长春光机所在国家８６３计划重大项目的支持下正在开展我国首台“高光谱与高空间分辨率ＣＯ２探测仪”的研制工作，该项目的研制将填补我国星载高光谱温室气体探测仪的空白。
４ 高光谱遥感的应用领域
随着高光谱遥感技术的发展，光谱分辨率和空间分辨率越来越高，高光谱遥感在越来越多的领域得到广泛的应用。
４．１ 在植被及农业研究中的应用
植被高光谱遥感数据，按获取方式的不同，采用相应的高光谱遥感信息处理技术处理后可用于植被参数估算与分析、植被长势监测等领域。高光谱的出现使精准农业成为可能，利用高光谱图谱合一的优点，能够精准监测作物长势，特别是作物长势评估、灾害监测和农业管理等方面，能准确地反映田间作物本身的光谱特征以及作物之间光谱差异，可以更加精准地获取一些农学信息，如作物含水量、叶绿素含量、叶面积指数等生态物理参数，从而方便地预测作物长势和产量。
１９９５年１２月，中国科学院遥感应用研究所与国外合作开展了湿地植被高光谱遥感监测实验。实验中采用模块化航空成像光谱仪（ＭＡＩＳ），在研究区选择了典型地物类型进行野外调查、采样分析和野外准同步光谱测量，同时制作了研究区内极为详细的植被分类图［２２］。浦瑞良和宫鹏使用多元统计和光谱导数技术评价小型机载成像光谱仪（ＣＡ－ＳＩ）数据估计冠层生化浓度的潜力和效率［２３］。童庆禧等人在鄱阳湖湿地建立了植被因子与生物量之间的经验模型，并对研究区进行生物量制图［２４］。Ｐａｂｌ等用高光谱遥感分析了叶绿素荧光效应，认为荧光效应的存在为生化物质尤其是叶绿素含量的遥测提供了一种可能［２５］。张霞等利用实用型模块化成像光谱仪（ＯＭＩＳ）在北京小汤山地区获取的航空高光谱遥感图像，运用红边、光谱吸收特征分析方法和逐步回归算法，进行了从高光谱遥感图像直接获取小麦氮含量的方法探索和可行性研究［２６］。
４．２ 在大气环境研究中的应用
大气中的分子和粒子成分如水汽、二氧化碳、氧气、臭氧、云和气溶胶等在太阳反射光谱中反应强烈。波段很窄的高光谱能够识别出由于大气成分的变化而引起的光谱差异，探测到更精细的大气吸收特征。大气环境应用主要有两方面：一方面，测定地球大气中温室气体含量，如ＣＯ２、Ｏ３、ＣＨ４及污染气体成分；另一方面，进行大气温度和水气垂直分布的确定、大气过程研究、地球表面成分分析等，以气象应用为主。大气探测对光谱分辨率要求较高，高光谱遥感优势明显。
Ａｎｎｅ等利用航空成像光谱仪（ＡＶＩＲＩＳ）中心在１．０３μｍ的波段与冰雪颗粒关系进行冰雪颗粒填图［２７］。在大气监测领域，从２０世纪末至今，国际上已研制多颗高光谱遥感卫星用于气体成分及温室气体探测，如搭载地球观测系统ＥＯＳ上的大气红外探测仪ＡＩＲＳ，欧空局ＥＮＶＩＳＴＡ－１卫星上的大气痕量气体扫描成像光谱仪ＳＣＩＡＭＡＣＨＹ，加拿大ＳＣＩＳＡＴ－１微小卫星上的大气化学试验傅里叶变换光谱仪ＡＣＥ－ＦＴＳ，日本ＧＯＳＡＴ卫星搭载的温室气体观测探测器ＴＡＮＳＯ，以及发射失败的美国ＮＡＳＡ研制的天基大气ＣＯ２观测专用卫星ＯＣＯ等。
４．３ 在地质矿产中的应用
区域地质制图和矿产勘探是高光谱技术主要的应用领域之一，也是高光谱遥感应用中最成功的一个领域。高光谱遥感在地质应用中主要体现在矿物识别与填图、岩性填图、矿产资源勘探、矿业环境监测、矿山生态恢复和评价等方面。
谢红接等运用中国科学院上海技术物理所研制的模块式航空高光谱仪（ＭＡＩＳ）影像数据，提取了该区的铀矿特征信息（如蚀变、矿化等），为高光谱图像的地质应用奠定了基础［２８］。张宗贵等利用机载可成像光谱仪（ＨｙＭａｐ）数据，开展了基于地物光谱特征成像光谱遥感矿物识别方法研究，有效地填绘出了这些矿物在该航带上的分布情况［２９］。Ｃｈａｂｒｉｌｌａｔ等利用辉石在１μｍ附近的电子跃迁吸收，用航空高光谱数据进行地质填图和岩石鉴别［３０］。
随着高光谱遥感地质应用不断扩展和日益深入，近年来在基于高光谱数据的矿物精细识别、高
１
７
光学与光电技术第１１卷
光谱影像地质环境信息反演、基于高光谱遥感的行星地质探测等方面也取得了突出的进展。
４．４ 在海洋研究中的应用
海洋资源是重要的自然资源，高光谱遥感是当前海洋遥感的前沿领域。通过高光谱遥感，可以了解海洋的生态环境、海洋的温度变化、叶绿素分布、河口海岸的泥沙含量等。
目前，国内海洋遥感应用基础研究主要是一些数学模型的构建，关于如何解决水体的低反射率、大气对蓝紫波段光谱的散射影响等难题的研究还未涉足。在海洋水质监测应用方面，只有可见光光谱能够观测水下的状况，利用成像光谱技术可以观测到海洋中沉积性悬浮物、浮游生物、叶绿素的分布等海况。国际上主要涉及海洋碳通量研究、海洋生态系统与混合层物理性质的关系研究以及海岸带环境监测与管理等方面。
１９９１年，中科院遥感应用研究所利用ＭＡＩＳ成像光谱数据，制作了澳大利亚达尔文市海水叶绿素浓度分布图［３１］。加拿大的Ｈｏｌｄｅｎ和Ｌｅｄｒｅｗ等进行了珊瑚礁的高光谱识别的探索研究，研究认为高光谱技术能精确识别珊瑚并监测珊瑚的健康状况的变化［３２］。
４．５ 在军事侦察中的应用
在军事侦察领域，根据目标与伪装材料不同的光谱特性，利用高光谱遥感可以进行伪装识别。高光谱遥感不但可探测目标的光谱特性、存在状况，还可用于物质成分分析，从而可采集工厂产生的烟雾，直接识别物质成分，调查武器生产，适合于生化战争中的监视。海军作战应用方面可进行探测海水透澈度、海洋深度、水下不明物、海流、油泄漏、海底类型、海洋大气能见度、潮汐、生物发光、海滩特征、纵向大气中水汽总量和次见度卷云等，对联合攻击和联合海岸区战争提供支持［３３］。
５ 发展趋势
从目前高光谱遥感技术的发展水平和应用现状看，未来高光谱遥感可加强下述方面的研究。首先，由于海水水体目标的低反射率和现有成像光谱仪主要针对陆地地物探测，高光谱遥感在海洋领域的应用不够深入，开发高性能的适合海洋应用的成像光谱仪具有重要意义，伴随着就是高信噪比的技术要求。其次，高光谱遥感的空间分辨率有待进一步提高到米级水平，同时扩大遥感仪器的覆盖范围，这样可大大提高探测的准确性和探测效率。６ 结 语
高光谱影像由于其具有丰富的光谱信息和地物信息，受到了国内外研究者的广泛关注。经过３０多年的研究和发展，高光谱成像仪已日趋成熟，同时其应用领域也越来越广泛。可以预见，随着高光谱成像仪技术的不断提高和应用研究的进一步深入，高光谱遥感将在更多的应用领域发挥更大的作用。
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ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００３３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ，ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅｆｉｅｌｄｓ ｏｆ ａｖｉａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｅｒｏｓｐａｃｅ．Ｓｅｖｅｒａｌ ｔｙｐｉｃａｌ ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌ ｉｍａｇｅｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｉｎｄｉｃａ－ｔｏｒｓ ａｒｅ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｉｚｅｄ．Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ，ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｗｉｔｈ ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｎ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｅｃｏｌｏｇｙ，ａｔｍｏｓ－ｐｈｅｒｉｃ ｓｃｉｅｎｃｅ，ｇｅｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｍｉｎｅｒａｌ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｍａｒｉｎｅ ａｎｄ ｍｉｌｉｔａｒｙ ｆｉｅｌｄｓ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅ－ｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｏｆ ｌｏｗ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ ｔａｒｇｅｔ，ｈｉｇｈ ｓｉｇｎａｌ－ｔｏ－ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ，ｈｉｇｈ ｓｐａｔｉａｌ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｗｉｄｅ ｃｏｖｅｒａｇ
ｅｓ．Ｋｅｙ
ｗｏｒｄｓ ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ｉｍａｇｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ３
７
高光谱遥感综述
高光谱遥感及其发展与应用综述 摘要：高光谱遥感是20世纪80年代兴起的新型对地观测技术。文中归纳了高光谱遥感技术波段多、波段宽度窄，光谱分辨率高，数据量大、信息冗余，“图谱合一”等特点，具有近似连续的地物光谱信息、地表覆盖的识别能力极大提高、地形要素分类识别方法灵活多样、地形要素的定量或半定量分类识别成为可能等优势，简单介绍了高光谱遥感在国外及国内的发展情况。在此基础上，概述了高光谱遥感在地质矿产、植被生态、大气科学、海洋、农业等领域的应用。 关键词：高光谱遥感；发展；应用 1高光谱遥感 高光谱分辨率遥感是指利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体获取有关数据。它的基础是测谱学。测谱学早在20世纪初就被用于识别分子和原子及其结构，20世纪80年代才开始建立成像光谱学。它是在电磁波谱的紫外、可见光、近红外和中红外区域，获取许多非常窄且光谱连续的图像数据的技术。成像光谱仪为每个象元提供数十至数百个窄波段光谱信息，能产生一条完整而连续的光谱曲线。 1.1高光谱遥感的特点 （1）波段多，波段宽度窄。成像光谱仪在可见光和近红外光谱区内有数十甚至数百个波段。与传统的遥感相比，高光谱分辨率的成像光谱仪为每一个成像象元提供很窄的(一般<10nm) 成像波段，波段数与多光谱遥感相比大大增多，在可见光和近红外波段可达几十到几百个，且在某个光谱区间是连续分布的，这不只是简单的数量的增加，而是有关地物光谱空间信息量的增加。 （2）光谱响应范围广，光谱分辨率高。成像光谱仪响应的电磁波长从可见光延伸到近红外，甚至到中红外。成像光谱仪采样的间隔小，光谱分辨率达到纳米级，一般为10nm左右。精细的光谱分辨率反映了地物光谱的细微特征。 （3）可提供空间域信息和光谱域信息，即“谱像合一”，并且由成像光谱仪得到的光谱曲线可以与地面实测的同类地物光谱曲线相类比。在成像高光谱遥感中，以波长为横轴，灰度值为纵轴建立坐标系，可以使高光谱图像中的每一个像元在各通道的灰度值都能产生1 条完整、连续的光谱曲线，即所谓的“谱像合一”。（4）数据量大，信息冗余多。高光谱数据的波段众多，其数据量巨大，而且由于相邻波段的相关性高，信息冗余度增加。 （5）数据描述模型多，分析更加灵活。高光谱影像通常有三种描述模型：图像模型、光谱模型与特征模型。 1.2高光谱的优势 高光谱遥感的光谱分辨率的提高，使地物目标的属性信息探测能力有所增强。因此，较之全色和多光谱遥感，高光谱遥感有以下显著优势: (1)蕴含着近似连续的地物光谱信息。高光谱影像经过光谱反射率重建，能获取地物近似连续的光谱反射率曲线，与地面实测值相匹配，将实验室地物光谱分析模型应用到遥感过程中。 (2)地表覆盖的识别能力极大提高。高光谱数据能够探测具有诊断性光谱吸收特征的物质，能够准确区分地表植被覆盖类型、道路的铺面材料等。
高光谱遥感技术的介绍及应用
高光谱遥感技术的介绍及应用． 高光谱遥感技术的介绍及应用 在20世纪，人类的一大进步是实现了太空对地观测，即可以从空中和太空对人 类赖以生存的地球通过非接触传感器的遥感进行观测。最近几十年，随着空间技术、计算机技术、传感器技术等与遥感密切相关学科技术的飞速发展，
遥感正在进入一个以高光谱遥感技术、微波遥感技术为主要标志的时代。本文 简要介绍了高光谱遥感技术的特点、发展状况及其在一些领域的应用。 1 高光谱遥感简介 1.1高光谱遥感概念 所谓高光谱遥感，即高光谱分辨率遥感，指利用很多很窄的电磁波波段（通常 <10nm）从感兴趣的物体获取有关数据；与之相对的则是传统的宽光谱遥感，通常>100nm，且波段并不连续。高光谱图像是由成像光谱仪获取的，成像光谱仪 为每个像元提供数十至数百个窄波段光谱信息，产生一条完整而连续的光谱曲线。它使本来在宽波段遥感中不可探测的物质，在高光谱中能被探测。 高光谱遥感技术是近些年来迅速发展起来的一种全新遥感技术，它是集探测器技术、精密光学机械、微弱信号检测、计算机技术、信息处理技术于一体的综合性技术。在成像过程中，它利用成像光谱仪以纳米级的光谱分辨率，以几十或几百个波段同时对地表地物像，能够获得地物的连续光谱信息，实现了地物空间信息、辐射信息、光谱信息的同步获取，因而在相关领域具有巨大的应用价值和广阔的发展前景。 1.2高光谱遥感数据的特点
同其他常用的遥感手段相比 ,成像光谱仪获得的数据具有以下特点: 1）、多波段、波段宽度窄、光谱分辨率高。波段宽度 < 10 nm ，波段数较多光谱遥感(由几个离散的波段组成)大大增多，在可见光和近红外波段可达几十到几百个。如 AVIRIS在 0. 4～214 波段范围内提供了224 个波段。研究表明许多这是传统的多光谱等。40 nm～20地物的吸收特征在吸收峰深度一半处 的宽度为 遥感技术所不能分辨的(多光谱遥感波段宽度在 100～200 nm 之间)，而高光 谱遥感甚至光谱分辨率更高的超光谱遥感却能对地物的吸收光谱特征进行很好的识别，这使得过去以定性、半定量的遥感向定量遥感发展的进程被大大加快。另外，在成像高光谱遥感中，以波长为横轴，灰度值为纵轴建立坐标系，可以 使高光谱图像中的每一个像元在各通道的灰度值都能产生一条完整、连续的光谱曲线，即所谓的“谱像合一”，它是高光谱成像技术的一大特点。 2）、由于波段众多，波段窄且连续，相邻波段具有很高的相关性，使得高光数据
遥感原理与应用知识点
第一章 1、遥感的定义：通过不接触被探测的目标，利用传感器获取目标数据，通过对数据进行分析，获取被探测目标、区域和现象的有用信息 2、广义的遥感：在不直接接触的情况下，对目标物或自然现象远距离感知的一种探测技术。 3、狭义的遥感：指在高空和外层空间的各种平台上，应用各种传感器（摄影仪、扫描仪和雷达等）获取地表的信息，通过数据的传输和处理，从而实现研究地面物体形状、大小、位置、性质以及环境的相互关系。 4、探测依据：目标物与电磁波的相互作用，构成了目标物的电磁波特性。（信息被探测的依据）传感器能收集地表信息，因为地表任何物体表面都辐射电磁波，同时也反射入照的电磁波。地表任何物体表面，随其材料、结构、物理/化学特性，呈现自己的波谱辐射亮度。 5、遥感的特点：1)手段多，获取的信息量大。波段的延长（可见光、红外、微波）使对地球的观测走向了全天候全天时。 2)宏观性，综合性。覆盖范围大，信息丰富，一景TM影像185×185km2，可见的，潜在的各类地表景观信息。 3)时间周期短。重复探测，有利于进行动态分析 6、遥感数据处理过程 7、遥感系统：1）被探测目标携带信息 2）电磁波辐射信息的获取 3）信息的传输和记录 4）信息的处理和应用 第三章 1、电磁波的概念：在真空或物质中电场和磁场的相互振荡以及振动而进行传输的能量波。 2、电磁波特征（特征及体现）：1)波动性：电磁辐射以波动的形式在空间中传播 2)粒子性：以电磁波形式传播出去的能量为辐射能，其传播也表现为光子组成的粒子流的运动 紫外线、X射线、γ射线——粒子性 可见光、红外线——波动性、粒子性 微波、无线电波——波动性 3、叠加原理：当空间同时存在由两个或两个以上的波源产生的波时，每个波并不因其他的波的存在而改变其传播规律，仍保持原有的频率（或波长）和振动方向，按照自己的传播方向继续前进，而空间相遇的点的振动的物理量，则等于各个独立波在该点激起的振动的物理量之和。 4、相干性与非相干性：由叠加原理可知，当两列频率、振动方向相同，相位相同或相位差恒定的电磁波叠加时，在空间会出现某些地方的振动始终加强，另一些地方的振动始终减弱或完全抵消，这种现象叫电磁波的相干性。没有固定相位关系的两列电磁波叠加时，没有一定的规律可循，这种现象叫电磁波的非相干性
高光谱遥感技术及发展
遥感技术与系统概论 结课作业 高光谱遥感技术及发展
高光谱遥感技术及发展 摘要：经过几十年的发展，无论在遥感平台、遥感传感器、还是遥感信息处理、遥感应用等方面，都获得了飞速的 发展，目前遥感正进入一个以高光谱遥感技术、微波遥感技 术为主的时代。本文系统地阐述了高光谱遥感技术在分析技 术及应用方面的发展概况，并简要介绍了高光谱遥感技术主 要航空/卫星数据的参数及特点。 关键词：高光谱，遥感，现状，进展，应用 一、高光谱遥感的概念及特点 遥感是20 世纪60 年代发展起来的对地观测综合性技术，是指应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术[1]。所谓高光谱遥感，即高光谱分辨率遥感，指利用很多很窄的电磁波波段（通常<10nm）从感兴趣的物体获取有关数据；与之相对的则是传统的宽光谱遥感，通 常>100nm，且波段并不连续。高光谱图像是由成像光谱仪获取的，成像光谱仪为每个像元提供数十至数百个窄波段光谱信息，产生一条完整而连续的光谱曲线。它使本来在宽波段遥感中不可
探测的物质，在高光谱中能被探测。 同其它传统遥感相比，高光谱遥感具有以下特点： ⑴波段多。成像光谱仪在可见光和近红外光谱区内有数十甚至数百个波段。 ⑵光谱分辨率高。成像谱仪采样的间隔小，一般为10nm 左右。精细的光谱分辨率反映了地物光谱的细微特征。 ⑶数据量大。随着波段数的增加，数据量呈指数增加[2]。 ⑷信息冗余增加。由于相邻波段的相关性高，信息冗余度增加。 ⑸可提供空间域信息和光谱域信息，即“图谱合一”，并且由成像光谱仪得到的光谱曲线可以与地面实测的同类地物光谱曲线相类比。近二十年来，高光谱遥感技术迅速发展，它集探测器技术、精密光学机械、微弱信号检测、计算机技术、信息处理技术于一体，已成为当前遥感领域的前沿技术。 二、发展过程 自80 年代以来，美国已经研制了三代高光谱成像光谱仪。1983 年，第一幅由航空成像光谱仪
遥感原理与应用实习
学号xxxx 天津城建大学 实习报告 遥感原理与应用实习 起止日期：2013 年12 月23日至2014年1月3 日 学生姓名Xx 班级XX 成绩 指导教师(签字) XX学院 2014年1 月3日
一、实习目的 “遥感原理与图像处理”课程是测绘工程专业的一门重要专业课，遥感信息是测绘、资源调查、环境监测、灾害评价诸方面应用的主要数据源。已在科学研究、工农业生产、军事、公安、医疗卫生、教育等许多领域得到广泛应用，产生了巨大的经济效益和社会效益，对推动社会发展，改善人们生活水平都起到了重要作用。未来要建立的数字地球是对真实地球及其相关现象数字化描述的一个虚拟地球。遥感技术将为数字地球提供动态的高分辨率、高光谱影像，用遥感影像生成的三维数字地面模型（DEM），以及地物和环境的各种属性数据等一些数字地球中最基础的数据。 “遥感实习”目的是培养学生进行遥感技术应用和图像数字处理的实际操作能力。要求了解一些基本的地物波谱反射率的野外测定方法，理解遥感图像目视解译，了解航天（或航空）像片识读与野外调绘。 二、实验项目基本要求 1.熟悉一种遥感图像处理软件 2.遥感影像的认知，进行图像剪切，波段组合与图像显示 3.图像的几何校正 4.遥感影像增强处理 5.遥感影像解译 三、实习步骤（包括原理，方法，操作过程） 1.图象剪切, 波段组合与图像显示 原图像比较大，数据量大处理不方便，对齐剪切便于计算机处理，也能达到实习目的 剪切DatePrep>SubsetImage命令如下图所示
波段组合Raster>Band Combinations 打开波段设置对话框 1)真彩色合成，即3、2、1波段分别赋予红、绿、蓝色，则获得自然彩色合成图 像，图像的色彩与原地区或景物的实际色彩一致.如下图 2)标准假彩色合成，即4、3、2波段分别赋予红、绿、蓝色，获得图像植被成红 色，由于突出表现了植被的特征，应用十分的广泛，而被称为标准假彩色。
遥感原理与应用考试复习题
2014——2015年度《遥感原理与应用》考试复习题 （命题：2011级土管系） 第一章绪论 主要内容： ①遥感信息科学的研究对象、研究内容、应用领域 ②电磁波及遥感的物理基础 ③遥感平台和传感器 第二章遥感图像处理的基础知识 主要内容： 1.图像的表示形式 2.遥感数字图像的存储 3.数字图像处理的数据 4.数字图像处理的系统 考题： 第一二章（A卷） 1.电磁波谱中（A）能够监测油污扩散情况，（D）可以穿透云层、冰层。（2分） A．紫外电磁波（0.01-0.4μm） B．可见光(0.4-0.76μm) C．红外电磁波(0.76-100 0μm) D．微波电磁波(1mm-1m) 2.遥感按遥感平台可分为地面遥感、航空遥感、航天遥感。（2分） 3.遥感数字图像的存储格式包括BS、BIL、GeoTIFF。（1分） 4.遥感传感器由收集器、探测器、处理器、输出器几部分组成。（2分） 5.地图数据有哪些类型？（3分） 答：DEM 数字高程模型 DOM 数字正射影像图
DLG 数字线划图 DRG 数字栅格图 6.何谓遥感？遥感具有哪些特点？（5分） 答：遥感，即遥远的感知，是在不直接接触的情况下，使用传感器，接收记录物体或现象反射或发射的电磁波信息，并对信息进行传输加工处理及分析与解译，对物体现象的性质及其变化进行探测和识别的理论与技术。特点：①感测范围大，具有综合、宏观的特点②信息量大，具有手段多，技术先进的特点③获取信息快，更新周期短，具有动态监测的特点④其他特点：用途广，效益高，资料性、全天候、全方位等. B卷 1.绿色植物在光谱反应曲线可见光部分中的反射峰值波长是（ B ）。（1分） A 0.50μm B 0.55μm C 0.63μm D 0.72μm 2.遥感数字图像处理的数据源包括多光谱数据源、高光谱数据源、全色波段数据 源和SAR数据源。（3分） 3.数字化影像的最小单元是像元，它具有位置和灰度两个属性。（2分） 4.函数I=f（x，y，z，λ，t）表示的是一幅三维彩色动态图。（1分） 5.遥感在实际中的应用有哪些方面？（4分） 答：资源调查应用 环境监测评价 区域分析及建设规划 全球性宏观研究。
高光谱遥感
高光谱遥感
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高光谱遥感的基本概念 高光谱遥感器及平台简介 高光谱遥感技术 高光谱应用概况
高光谱遥感的基本概念
? 高光谱分辨率（简称为高光谱）遥感或成像光 谱遥感技术的发展是过去二十年中人类在对地 观测方面所取得的重大技术突破之一，是当前 遥感的前沿技术。它是指利用很多很窄的电磁 波波段获取许多非常窄且光谱连续的图像数据 的技术，融合了成像技术和光谱技术，准实时 地获取研究对象的影像和每个像元的光谱分布。
国际遥感界认为光谱分辨率在10-1λ数量级范围内的为多 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，如美陆地卫星TM和法国SPOT卫星等; 光谱分 辨率在10-2λ的遥感信息称之为高光谱(Hyperspectral)遥感。由 于其光谱分辨率高达纳米(nm)数量级，往往具有波段多的特 点，即在可见到近红外光谱区其光谱通道多达数十甚至超过 100以上。随着遥感光谱分辨率的进一步提高，在达到10-3λ 时，遥感即进入了超高光谱(Ultraspectral)阶段 、
光谱区域（nm） ： 400 700 1100 2500 5500 14000
VIS VNIR
PIR
MIR
Sunlight 光谱分辨率 波段数 多光谱 高光谱 5-10 100-200 Δλ/λ 0.1 0.01 VNIR 50-100 5-20
IRT
MIR 100-200 10-50
IRT 1000-2000 100-500
高光谱遥感技术的介绍及应用
高光谱遥感技术的介绍及应用在20世纪，人类的一大进步是实现了太空对地观测，即可以从空中和太空对人类赖以生存的地球通过非接触传感器的遥感进行观测。最近几十年，随着空间技术、计算机技术、传感器技术等与遥感密切相关学科技术的飞速发展，遥感正在进入一个以高光谱遥感技术、微波遥感技术为主要标志的时代。本文简要介绍了高光谱遥感技术的特点、发展状况及其在一些领域的应用。 1 高光谱遥感简介 1.1高光谱遥感概念 所谓高光谱遥感，即高光谱分辨率遥感，指利用很多很窄的电磁波波段（通常<10nm）从感兴趣的物体获取有关数据；与之相对的则是传统的宽光谱遥感，通常>100nm，且波段并不连续。高光谱图像是由成像光谱仪获取的，成像光谱仪为每个像元提供数十至数百个窄波段光谱信息，产生一条完整而连续的光谱曲线。它使本来在宽波段遥感中不可探测的物质，在高光谱中能被探测。 高光谱遥感技术是近些年来迅速发展起来的一种全新遥感技术，它是集探测器技术、精密光学机械、微弱信号检测、计算机技术、信息处理技术于一体的综合性技术。在成像过程中，它利用成像光谱仪以纳米级的光谱分辨率，以几十或几百个波段同时对地表地物像，能够获得地物的连续光谱信息，实现了地物空间信息、辐射信息、光谱信息的同步获取，因而在相关领域具有巨大的应用价值和广阔的发展前景。 1.2高光谱遥感数据的特点 同其他常用的遥感手段相比,成像光谱仪获得的数据具有以下特点: 1）、多波段、波段宽度窄、光谱分辨率高。波段宽度< 10 nm ，波段数较多光谱遥感(由几个离散的波段组成)大大增多，在可见光和近红外波段可达几十到几百个。如A VIRIS在0. 4～214 波段范围内提供了224 个波段。研究表明许多地物的吸收特征在吸收峰深度一半处的宽度为20～40 nm。这是传统的多光谱等
《遥感原理与应用》习题答案
遥感原理与应用习题 第一章遥感物理基础 一、名词解释 1遥感：在不接触的情况下，对目标或自然现象远距离感知的一门探测技术。 2遥感技术：遥感技术是从人造卫星、飞机或其他飞行器上收集地物目标的电磁辐射信息，判认地球环境和资源的技术。 3电磁波：电磁波（又称电磁辐射）是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能量和动量。电磁辐射可以按照频率分类，从低频率到高频率，包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、4电磁波谱：把各种电磁波按照波长或频率的大小依次排列，就形成了电磁波谱 5绝对黑体：能够完全吸收任何波长入射能量的物体 6灰体：在各种波长处的发射率相等的实际物体。 7绝对温度：热力学温度，又叫热力学温标，符号T，单位K（开尔文，简称开） 8色温：在实际测定物体的光谱辐射通量密度曲线时，常常用一个最接近灰体辐射曲线的黑体辐射曲线作为参照这时的黑体辐射温度就叫色温。 9大气窗口：电磁波通过大气层时较少被反射、吸收和散射的，透过率较高的波段称。 10发射率：实际物体与同温度的黑体在相同条件下的辐射功率之比。 11光谱反射率：物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。 12波粒二象性：电磁波具有波动性和粒子性。
13光谱反射特性曲线：反射波谱曲线是物体的反射率随波长变化的规律，以波长为横轴，反射率为纵轴的曲线。 问答题 1黑体辐射遵循哪些规律？ （1 由普朗克定理知与黑体辐射曲线下的面积成正比的总辐射通量密度W随温度T的增加而迅速增加。 (2 绝对黑体表面上，单位面积发射的总辐射能与绝对温度的四次方成正比。 (3 黑体的绝对温度升高时，它的辐射峰值向短波方向移动。 (4 好的辐射体一定是好的吸收体。 (5 在微波段黑体的微波辐射亮度与温度的一次方成正比。 2电磁波谱由哪些不同特性的电磁波段组成？遥感中所用的电磁波段主要有哪些？ a. 包括无线电波、微波、红外波、可见光、紫外线、x射线、伽玛射线等 b. 微波、红外波、可见光 3物体的辐射通量密度与哪些因素有关？常温下黑体的辐射峰值波长是多少？ （1 与光谱反射率，太阳入射在地面上的光谱照度，大气光谱透射率，光度计视场角，光度计有效接受面积。 （2.b为常数2897.8 4叙述沙土、植物、和水的光谱反射率随波长变化的一般规律。 1）沙土：自然状态下，土壤表面反射曲线呈比较平滑的特征，没有明显的峰值和谷值。干燥条件下，土壤的波谱特征主要与成土矿物和土壤有机质有关。土壤含水量增加，土壤的反射率就会下降 2）植物：在可见光波段绿光附近有一个波峰，两侧蓝、红光部分各有一个吸收带，近红外波段（0.8-1.0um）有一个有一个反射陡坡，至1.1um附近有一峰值。近红外波段（1.3-2.5um）吸收率大增反射率下降。
高光谱应用研究综述
浙江师范大学 研究生课程论文封面 课程名称：遥感理论与技术 开课时间： 2014-2015年第一学期 学院地理与环境科学学院学科专业自然地理学 学号2014210580 姓名张勇 学位类别全日制硕士 任课教师陈梅花 交稿日期2015年1月21日 成绩 评阅日期 评阅教师 签名 浙江师范大学研究生学院制
高光谱遥感应用研究综述 张勇 （浙江师范大学地理环境与科学学院，浙江金华321004） 摘要：高光谱遥感是近二十年发展起来的谱像和一的遥感前沿技术。虽然发展时间不长，但由于其本身的特点，使其获得了广泛的重视和应用。本文阐述了高光谱遥感的特点、优势，以及在航空及航天领域的发展情况，列举了几种典型高光谱成像仪的光学系统原理和主要技术指标。在此基础上，概述了高光谱遥感在植被生态、大气环境、地质矿产、海洋、军事等领域的应用情况。最后对高光谱遥感发展趋势提出了几点建议，包括低反射率目标遥感、高信噪比、高空间分辨率及宽覆盖范围等方面。 关键字：高光谱遥感；应用；成像光谱以；研究综述 Conclusion application of hyperspectral remote sensing Zhang Yong (Geography and environmental sciences, Zhejiang Normal University, Jinhua 321004) Abstract:Hyperspectral remote sensing, developed in the late twenty years, is the advanced technology of remote sensing. Because of its characters, Hyperspectral Remote Sensing has been attached importance to and used widly. The characteristics and advantages of hyperspectral remote sensing, and development situation are presented in the fields of aviation and aerospace. Several typical hyperspectral imager optical system principle and the main technical indicators are particularized. At the same time, the applications with hyperspectral remote sensing in vegetation ecology, atmospheric science ,geology and mineral resources, marine and military fields are summarized. The suggestions for the future development trend of hyperspectral remote sensing are given in the end，including the remote sensing of low reflectivity target, high signal-to-noise ratio, high spatial resolution and wide coverages. Keywords: hyperspectral remote sensing；application；imaging spectrometer 1 引言 遥感是20世纪60年代发展起来的对地观测综合性技术，是指应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术[1]。经过几十年的发展，无论在遥感平台、遥感传感器、还是遥感信息处理、遥感应用等方面，都获得了飞速的发展，目前遥感正进入一个以高光谱遥感技术、微波遥感技术为主的时代。本文系统地阐述了高光谱遥感技术在分析技术及应用方面的发展概况，并简要介绍了高光谱遥感技术主要航空/卫星数据的参数及特点。 1.1高光谱遥感简介 高光谱遥感技术又称为成像光谱技术，是指利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体
(完整word版)遥感原理与应用的复习资料
第一张绪论 1、环境空间数据获取的方法： 基于地面的采集方法：现场观测、实际测量、实际调查 基于遥感的采集方法 2、遥感的概念： 即遥远的感知，是一种不直接接触物体而取得其信息的探测技术。 从远处探测、感知物体或事物的技术。即不直接接触物体本身，从远处通过各种传感器探 测和接收来自目标物体的信息，经过信息的传输及处理分析，来识别物体的属性及其分布等特 征的综合技术。 是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，接触处物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。 3、遥感系统包括： 被测目标的信息特征、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理、信息的应用。其中 信息的处理包括：辐射校正、姿态校正、几何校正、增强处理、聚合分类。 4、遥感的分类：（P4） a.按遥感平台：地面、航空、航天、航宇 b.按探测波段：紫外、可见光、红外、微波、多波段 c.按工作方式：主动、被动 d.按应用领域： e.按传感器：地磁波、高光谱、声波、重力、磁力、地震波 f.按照资料的记录方式：成像方式、非成像方式 5、遥感的特点： 宏观性、时效性、综合性(概括性)、经济性、局限性 6、遥感技术发展的四个阶段： a.瞬时信息的定性分析阶段（是什么） b.空间信息的定位分析阶段（在哪里） c.时间信息的趋势分析阶段（如何变化） d.环境信息的综合分析阶段(多源信息的复合) 第二章电磁辐射与地物光谱特征 1、电磁波谱：按电磁波在真空中传播的波长与频率，递增或递减排列，构成了电磁波谱。 （波长由小到大）：γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波（微波、超短 波、短波、中波、长波）。 2、目前遥感应用的各电磁波波段及特征： 紫外线0.01-0.4μm 源于太阳辐射应用于荧石矿、石油勘探 可见光0.4-0.7μm 源于太阳辐射遥感的主要波段 红外线0.7-3μm 3-6μm 6μm-1mm 近红外主要源于太阳辐射 中红外源于太阳辐射和地物热辐射 远红外源于地物热辐射 城市热岛、热污染、热惯 量 微波1mm-1m 主动遥感 3、电磁辐射量度： a.辐射能量Q/W：以电磁波形式传播的能量 b.辐射通量Φ：在单位时间内传送的辐射能量 c.辐射强度I：在单位立体角、单位时间内，微小辐射源向某一方向辐射的能量 d.辐射照度E：在单位时间内、单位面积上接收的辐射能量 e.辐射出射度Me：在单位时间内、单位面积上辐射出的辐射能量 f.辐射亮度Le：在单位立体角、单位时间，从外表的单位面积上辐射出的辐射能量
高光谱遥感的发展与应用_张达
第１１卷 第３期２ ０１３年６月光学与光电技术 ＯＰＴＩＣＳ ＆ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．１１，Ｎｏ．３ Ｊｕｎｅ，２０１３收稿日期 ２０１２－０９－２９； 收到修改稿日期 ２０１２－１２－ １３作者简介 张达（１９８１－） ，男，博士，副研究员，硕士生导师，主要从事空间光学遥感仪器的研制、空间光学成像，以及光谱探测技术方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｄａ＠ｃｉｏｍｐ ．ａｃ．ｃｎ基金项目 国防预研基金（ＳＡ０５０），国家８６３高技术研究发展计划（２０１０ＡＡ１２２１０９１００１） ，吉林省科技发展计划（２０１１０１０７９ ）资助项目文章编号：１６７２－３３９２（２０１３）０３－００６７－ ０７高光谱遥感的发展与应用 张 达 郑玉权 （中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３） 摘要 阐述了高光谱遥感的特点、优势，以及在航空及航天领域的发展情况，列举了几种典型高光谱成像仪的光学系统原理和主要技术指标。在此基础上， 概述了高光谱遥感在植被生态、大气环境、地质矿产、海洋、军事等领域的应用情况。最后对高光谱遥感发展趋势提出了几点建议，包括低反射率目标遥感、高信噪比、高空间分辨率及宽覆盖范围等方面。关键词 高光谱遥感；发展；应用；成像光谱仪中图分类号 ＴＰ７０ 文献标识码 Ａ １ 引 言 遥感技术是２０世纪６０年代发展起来的对地 观测综合性技术［１］ ，随着２０世纪８０年代成像光谱 技术的出现， 光学遥感进入了高光谱遥感阶段。从２０世纪９０年代开始， 高光谱遥感已成为国际遥感技术研究的热门课题和光电遥感的最主要手段。 高光谱遥感技术作为对地观测技术的重大突破［ ２］ ，其发展潜力巨大。 高光谱遥感实现了遥感数据图像维与光谱维信息的有机融合，在光谱分辨率上有巨大优势，是遥感发展的里程碑。随着高光谱遥感技术的日趋成熟，其应用领域也日益广泛，已渗透到国民经济的各个领域，如环境监测、资源调查、工程建设等，对于推动经济建设、社会进步、环境的改善和国防建设起到了重大的作用。本文主要阐述高光谱遥感的特点、优势以及在航空及航天领域的发展情况，概括了高光谱遥感在植被生态、大气环境、地质矿产， 海洋军事等领域的应用情况。２ 高光谱遥感特点与优势 高光谱遥感是高光谱分辨率遥感（Ｈｙｐｅｒｓｐ ｅｃ－ｔｒａｌ Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ） 的简称［３］ ，它是在电磁波谱的紫外、可见光、近红外、中红外和热红外波段范围 内，获取许多非常窄且光谱连续的影像数据的技 术，是在传统的二维遥感的基础上增加了光谱维，形成的一种独特的三维遥感。对大量的地球表面物质的光谱测量表明， 不同的物体会表现出不同的光谱反射和辐射特征，这种特征引起吸收峰和反射峰的波长宽度在５～５０ｎｍ左右，其物理内涵是不同的分子、 原子和离子的晶格振动，引起不同波长的光谱发射和吸收，从而产生了不同的光谱特征。运用具有高光谱分辨率的仪器，通过获取图像上任何一个像元或像元组合所反映的地球表面物质的光谱特性， 经过后续数据处理，就能达到快速区分和识别地球表面物质的目的［ ４］ 。高光谱遥感的成像光谱仪具有光谱分辨率高（５～１０ｎｍ），光谱范围宽（０．４μｍ～２．５μｍ） 的显著特点，可以分离成几十甚至数百个很窄的波段来接收信息， 所有波段排列在一起能形成一条连续的完整的光谱曲线，光谱的覆盖范围从可见光、近红外到短波红外的全部电磁辐射波谱范围。高光谱数据是一个光谱图像的立方体，其空间图像维描述地表二维空间特征，其光谱维揭示图像每一像元的光谱曲线特征，由此实现了遥感数据图像维与光谱 维信息的有机融合［ ５］ 。高光谱遥感在光谱分辨率方面的巨大优势，使得空间对地观测时可获取众多连续波段的地物光谱图像， 从而达到直接识别地球表面物质的目的。地物光谱维信息量的增加为遥感对地观测、地物识别及地理环境变化监测提供了
高光谱在遥感技术的应用
高光谱在遥感技术的应用 高光谱遥感技术（Hyperspectral Remote Sensing）的兴起是20世纪80年代遥感技术发展的主要成就之一.作为当前遥感的前沿技术，高光谱遥感在光谱分辨率上具有巨大的优势。，随着高光谱遥感技术的日趋成熟，其应用领域也日益广泛。本文主要阐述高光谱遥感的特点和主要应用。 1 高光谱遥感 孙钊在《高光谱遥感的应用》中提到，高光谱遥感是在电磁波谱的可见光、近红外、中红外和热红外波段范围内，利用成像光谱仪获取许多非常窄的光谱连续的影像数据的技术。 [1]高光谱遥感具有较高的光谱分辨率，通常达到10～2λ数量级。[2] 1.1 高光谱遥感特点 综合多篇关于高光谱的期刊文章，总结高光谱具有如下特点： （1）波段多，波段宽度窄。成像光谱仪在可见光和近红外光谱区内有数十甚至数百个波段。[3]与传统的遥感相比，高光谱分辨率的成像光谱仪为每一个成像象元提供很窄的(一般<10nm) 成像波段，波段数与多光谱遥感相比大大增多，在可见光和近红外波段可达几十到几百个，且在某个光谱区间是连续分布的，这不只是简单的数量的增加，而是有关地物光谱空间信息量的增加。[4] （2）光谱响应范围广，光谱分辨率高。成像光谱仪响应的电磁波长从可见光延伸到近红外，甚至到中红外。[5]成像光谱仪采样的间隔小，光谱分辨率达到纳米级，一般为10nm 左右。精细的光谱分辨率反映了地物光谱的细微特征。 （3）可提供空间域信息和光谱域信息，即“谱像合一”，并且由成像光谱仪得到的光谱曲线可以与地面实测的同类地物光谱曲线相类比。在成像高光谱遥感中，以波长为横轴，灰度值为纵轴建立坐标系，可以使高光谱图像中的每一个像元在各通道的灰度值都能产生1 条完整、连续的光谱曲线，即所谓的“谱像合一”。 （4）数据量大，信息冗余多。高光谱数据的波段众多，其数据量巨大，而且由于相邻波段的相关性高，信息冗余度增加。 （5）数据描述模型多，分析更加灵活。高光谱影像通常有三种描述模型：图像模型、光谱模型与特征模型。 1.2 高光谱遥感的优势 高光谱遥感的光谱分辨率的提高，使地物目标的属性信息探测能力有所增强。因此，较之全色和多光谱遥感，高光谱遥感有以下显著优势:
遥感原理与应用期末复习题
1.广义遥感：泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震波）等的探测 2.狭义遥感：在高空或者外层空间的各种平台上，通过各种传感器获得地面电磁波辐射信息，通过数据的传输 和处理揭示地面物体的特征、性质及其变化的综合性探测技术。 3.传感器是收集、量测和记录遥远目标的信息的仪器，是遥感技术系统的核心。传感器一般由信息收集、探测 系统、信息处理和信息输出4部分组成。 4.遥感平台是装载传感器的运载工具 5.主动遥感：传感器主动发射一定电磁波能量并接收目标的后向散射信号。如：雷达。被动遥感：传感器不向目标发射电磁波，仅被动地接收目标物的自身发射和对自然辐射的反射能量。太阳是被动遥感最主要的辐射源多波段遥感：在可见光和红外波段间，再细分成若干窄波段，以此来探测目标。 6.遥感分类：按照遥感的工作平台分类：地面遥感、航空遥感、航天遥感。按照探测电磁波的工作波段分类：可见光 遥感、红外遥感、微波遥感、多波段遥感等。按照遥感应用的目的分类：环境遥感、农业遥感、林业遥感、地质遥感 等.按照资料的记录方式：成像方式、非成像方式（如：雷达辐射计等）按照传感器工作方式分类：主动遥感、被动遥 感 7.遥感的特点：大面积的同步观测、时效性、数据的综合性和可比性、经济性、局限性。 1.电磁波：由振源发出的电磁振荡在空气中传播。 2.电磁辐射:这种电磁能量的传递过程（包括辐射、吸收、反射和透射）称为电磁辐射。 3.电磁波谱：将各种电磁波在真空中的波长按其长短，依次排列制成的图表。 4.地球辐射的分段特性：一、内容：1、0.3~2.5μm（可见光与近红外）：地表以反射太阳辐射为主，地球自身热辐射 可忽略不计。2、2.5~6μm（中红外）：地表以反射太阳辐射、地球自身热辐射均为被动RS辐射源。3、6μm以上（远 红外）：以地球自身热辐射为主，地表以反射太阳辐射可忽略不计。二、意义：1、可见光和近红外RS影像上的信息来自地物反射特性。 2、中红外波段遥感影像上信息既有地表反射太阳辐射的信息，也有地球自身热辐射信息。3、热红外波段遥感影像上的信息来自地物本身的辐射特性。 5.绝对黑体：如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，则这个物体是绝对黑体。绝对黑体则是吸收率≡1，反射率≡0，与物体的温度和电磁波波长无关。 6.黑体辐射规律：普 5.图2.11太阳辐照度分布曲线分析：太阳光谱相当于5800K的黑体辐射；据高分辨率光谱仪观察，太阳光谱连续的光谱线的明亮背景上有许多离散的明暗线，称为弗朗和费吸收线，据此可以探测太阳光球中的元 素及其在太阳大气中的比例；太阳辐射的能量主要集中在可见光，其中0.38 ～0.76μm的可见光能量占太阳辐射总 能量的46%，最大辐射强度位于波长0.47μm左右；到达地面的太阳辐射主要集中在0.3 ～3.0μm波段，包括近紫外、 可见光、近红外和中红外。这一波段区间能量集中，且相对稳定，是被动遥感主要的辐射源；经过大气层的 太阳辐射有很大的衰减，衰减最大的区间便是大气分子吸收最强的波段；各波段的衰减是不均衡的。 6.大气散射：太阳辐射通过大气时遇到空气分子、尘粒、云滴等质点时，传播方向改变，并向各个方向散开； 7.瑞利散射：当微粒的直径比辐射波长小得多时，此时的散射称为瑞利散射。(大气中的原子和分子，氮、氧、二氧化碳等分子)。特点：散射率与波长的四次方成反比，波长越长，散射越弱；影响：瑞利散射对可见光的影响较大， 对红外辐射的影响很小，对微波的影响可以不计。 问题：多波段遥感中一般不使用蓝紫光的原因？无云的晴天，天空为什么呈现蓝色？朝霞和夕阳为什么都偏橘 红色？蓝紫光波长短，散射强度较大，红光，红外，微波波长较长，散射强度弱。 8.米氏散射：当微粒的直径与辐射光的波长差不多时（即d≈λ）称为米氏散射（烟、尘埃、水滴及气溶胶等）。为何 红外遥感探测时要避免使用云雾天气所成的影像？云雾的粒子大小和红外线的波长接近，所以云雾对红外线的散射 主要是米氏散射，红外遥感不可穿云透雾 9.无选择性散射：当微粒的直径比波长大得多时（即d＞λ）所发生的散射称为无选择性散射。为何云雾呈白色？空气中存在较多的尘埃或雾粒，一定范围的长短波都被同样的散射，使天空呈灰白色的。 问题：1、太阳光为何是可见的？2、蓝色火焰为何比红色火焰高？6、微波为何能穿云透雾？ 10.大气窗口：通常将这些吸收率和散射率都很小，而透射率高的电磁辐射波段称为大气窗口。 11.典型地物的反射波谱曲线分析：（1）植被反射波谱曲线：规律性明显而独特。可见光波段（0.38～0.76μm）有一个小的反射峰，两侧有两个吸收带。这是因为叶绿素对蓝光和红光吸收作用强，而对绿光反射作用强。在近红外波段 （0.7～0.8 μrn）有一反射的“陡坡”，至1.l μm附近有一峰值，形成植被的独有特征。这是由于植被叶细胞结构
高光谱,多光谱及超光谱
1、光谱分辨率 光谱分辨率spectral resolution 定义1：遥感器能分辨的最小波长间隔，是遥感器的性能指标。遥感器的波段划分得越细，光谱的分辨率就越高，遥感影像区分不同地物的能力越强。 定义2：多光谱遥感器接收目标辐射信号时所能分辨的最小波长间隔。 光谱分辨率指成像的波段范围，分得愈细，波段愈多，光谱分辨率就愈高，现在的技术可以达到5~6nm（纳米）量级，400多个波段。细分光谱可以提高自动区分和识别目标性质和组成成分的能力。 传感器的波谱范围，一般来说识别某种波谱的范围窄，则相应光谱分辨率高。 举个例子：可以分辨红外、红橙黄绿青蓝紫紫外的传感器的光谱分辨率就比只能分辨红绿蓝的传感器的光谱分辨率高。 一般来说，传感器的波段数越多波段宽度越窄，地面物体的信息越容易区分和识别，针对性越强。 2、什么是高光谱，多光谱及超光谱 高光谱成像是新一代光电检测技术，兴起于2O世纪8O年代，目前仍在迅猛发展巾。高光谱成像是相对多光谱成像而言，通过高光谱成像方法获得的高光谱图像与通过多光谱成像获取的多光谱图像相比具有更丰富的图像和光谱信息。如果根据传感器的光谱分辨率对光谱成像技术进行分类，光谱成像技术一般可分成3类。 (1)多光谱成像——光谱分辨率在delta_lambda/lambda=0．1mm数量级，这样的传感器在可见光和近红外区域一般只有几个波段。 (2)高光谱成像——光谱分辨率在delta_lambda/lambda=0．01mm数量级，这样的传感器在可见光和近红外区域有几十到数百个波段，光谱分辨率可达nm 级。 (3)超光谱成像——光谱分辨率在delta_lambda/lambda =O．001mm=1nm数量级，这样的传感器在可见光和近红外区域可达数千个波段。 众所周知，光谱分析是自然科学中一种重要的研究手段，光谱技术能检测到被测物体的物理结构、化学成分等指标。光谱评价是基于点测量，而图像测量是基于空间特性变化，两者各有其优缺点。因此，可以说光谱成像技术是光谱分析
高光谱遥感数据处理基础
泛函分析概括 高光谱遥感应用中，如何度量光谱间的相似性一直高光谱图象处理的核心问题，因而我们有必要先交代下度量空间的一些概念。 度量空间:所谓度量空间，就是指对偶(,)X d ，其中X 是一个集合，d 是X 上的一个度量（或X 上的距离函数），即d 是定义在X X ?上且对所有,,X ∈x y z 满足以下四条公理的函数： （1） d 是实值、有限和非负的。 （2） 当且仅当=x y 时，(,)0d =x y 。 （3） (,)(,)d d =x y y x （对称性）。 （4） (,)(,)(,)d d d ≤+x y x z z y （三角不等式）。 度量空间给出来空间中元素“距离”的度量，因而使得空间中的元素可比较。但是，仍需要在空间中引入代数结构，使得元素之间可进行代数运算。因而，这里需要引入线性空间。 线性空间：所谓域(K R 或C)上的线性空间是指一个非空集合X ，且其元素,,x y （称为矢量）关于X 和K 定义了两种代数运算。这两种运算分别叫做矢量的加法与标量的乘法。 矢量的加法是，对于X 中的每一对矢量(,)x y ，与其相联系的一个矢量+x y ，叫做矢量之和。按这种方式它还具有下述性质：矢量加法是可交换的和可结合的，即对所有矢量都有 ()()+=+++=++x y y x x y z x y z 此外存在零矢量,X ∈0并对每个矢量x ，存在有-x ，使得对一切矢量有 ()+=+-=x 0x x x 0 矢量与标量的乘法是，对于每个矢量x 和每个标量α，与其相联系的一个矢量αx ，叫做α与x 之积。按这种方式对一切,x y 和标量,,αβ具有
()()1αβαβ==x x x x 和分配律 ()()ααααβαβ+=++=+x y x y x x y 在很多情况下因为线性空间X 上定义了度量d ，所以X 同时也是一个度量空间。然而，如果X 的代数结构与度量没有什么关系的话，我们就不能指望把代数的概念和度量的概念结合在一起。为了保证X 的代数性质与几何性质有如此的关系，我们首先需要引入一个辅助的所谓“范数”的概念，其中要用到线性空间的代数运算。然后再用范数诱导出我们希望的度量d ，这一想法就导出了赋范空间的概念。简单的说，赋范空间把线性空间的代数结构和其作为度量空间的度量紧密结合在一起。 赋范空间:所谓赋范空间X ，就是指在其上定义了范数的线性空间X 。而所谓线性空间X 上的范数，就是指定义在X 上的一个实值函数，它在X ∈x 的值记为x ，并且具有如下性质： （1）0≥x （2）0=?=x x 0 （3）αα=x x （4）+≤+x y x y 其中,x y 是X 中的任意矢量，α为任意标量。 巴拿赫空间：所谓巴拿赫空间就是完备的赋范空间（这里的完备性是按范数定义的度量来衡量的，见下面公式） (,)d =-x y x y ,X ∈x y 此度量叫做由范数所诱导的度量。 由范数所诱导的度量具备以下基本性质: 引理（平移不变性）：在赋范空间X 上，由范数诱导的度量d ，对所有的,X ∈x y 及每个标量α，都满足