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高光谱图像的多样化应用介绍

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近年来高光谱图像在军事和工农业生产的应用越来越广泛,下面是一些高光谱图像的应用场景。

 

1、 高光谱目标探测和识别在军事领域的应用

高光谱探测和识别技术在军事领域具有极为广阔的应用前景。目前,基于高光谱数据的目标探测及精准识别技术已在多个国家制定了实用可靠的发展计划。美国作为高光谱遥感大国和军事强国,在高光谱遥感技术制备方面一直处于国际领先地位,其HMD(Hyperspectral Mine Detection,高光谱地雷探测)计划、HRST(Hyperspectral Remote Sensing Technology,高光谱遥感技术)计划和 Dark Horse计划均对高光谱探测识别开展了研究。此外,以色列科学家利用高光谱成像光谱仪在特拉维夫市进行研究,通过图像选择典型的地物作为端元数据,实施可靠的战场详细侦察。在军事目标侦察、识别伪装方面,高光谱遥感能够依据背景与伪装目标不同的光谱特性发现军事装备,通过光谱特征曲线可反演出目标的组成成分,从而揭露与背景环境不同的目标及其伪装。

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身着迷彩服军人藏在丛林里

在军事作战环境下,对绿色伪装材料的检测是伪装检测过程中的重要环节,基于高光谱图像开展伪装检测可以利用植物的红边效应(植被在680~720nm波段范围反射率升高),通过检测其位置和斜率的特征就可以识别植被的种类和状态;而现有绿色伪装材料的光谱曲线大体上可以与植被相吻合,但是在高光谱细微的分辨能力下,经过伪装的目标也无所遁形。现有研究表明,以植被的红边作为基本识别特征,高光谱图像的伪装目标识别准确率达到了99%。

 

 

2、 高光谱分析、反演及分类在农业领域的应用

高光谱遥感技术的出现,开拓了遥感信息定量获取的新领域,已经逐渐成为农业遥感应用中重要、前沿的技术手段之一。在农业遥感应用中,高光谱图像主要应用在农作物长势状况监测、农作物胁迫情况监测、农作物产量初级估算、植被覆盖率监测以及农产品的无损监测等方面,为精准农业及农业管理提供服务支持。

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高光谱谷物识别分类

目前,高光谱遥感技术在农业遥感应用中取得了极大进展,开展了丰富的相关应用导向研究。高光谱技术凭借其在光谱分辨率中的优势为精细化农业的发展提供了技术保障,在获取农作物信息、增加农作物产量、改善农作物品质、预防农作物灾害、保护农业资源以及降低农产品投入成本等方面中发挥着重要的作用,为农业和其他相关部门的决策提供可靠的依据。今后,随着在传感科技不断发展,高光谱遥感在农业方面的应用将更多地实现理论向集成业务化的转变,基于高光谱科技传感的农学服务体系将成为主要发展方向。

 

 

3、 高光谱在地质勘测及调查中的应用

地面区域的地质制图以及矿产资源勘测等是高光谱技术的长期应用领域,也是将高光谱技术服务于实际应用的典型成功案例。伴随高光谱传感科学的发展,高光谱遥感被广泛应用于地质、资源以及环境调查中,在矿产资源精细识别、填图、勘测、生态恢复及评估等方面发挥了重要作用。

 

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南金滩金矿床高光谱遥感构造解译图

受到复合因素影响,地面物质与周围环境往往会产生土质的板结与疏松、含水量多与少以及地表纹理分布不均匀等现象,或者会包含矿物密度、微地貌和形状特征的差异,这些差异会影响目标物质对太阳辐射光谱的吸收特性,进而引起表层地物波谱特征的微弱变化。矿物光谱研究表明,岩石矿物在0.4~2.5um波段之间具有一系列可诊断性光谱特征信息,而且这些特征的带宽多在10~20nm之间,不同物质组分在电磁波谱上显示的诊断性光谱特征结合其外观纹理可以帮助人们实现物质鉴别

 

4、 高光谱在生物医学领域的应用

高光谱成像技术在生物医学领域也具备极大的应用潜力。在生物医学应用领域,基于高光谱图像的非接触、非破坏性诊断技术是一项新兴技术,且作为一种诊断和评估预后的非侵入性方法,具备广泛的潜在可用性。在特定波长下,不同病理组织的化学组成和物理特征有着不同的反射率、吸收度以及电磁能量,表现为特征光谱峰的差异

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通过分析这些光谱信号,可以实现组织状态信息的定性或定量检测,并根据高光谱图像提供的空间分布信息,实现组织不同病态的可视化,从而诊断组织疾病状态。在医疗领域,高光谱图像越来越多地应用于疾病检测、体外诊断和手术指导中,在多类型癌症诊断、心脏和循环系统病理学早期筛查与跟踪、人喉黏膜变化监测以及视网膜病变排查等方面,也成功获得了广泛的应用。








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