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  • 发布时间: 2021-08-18
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  • 2021 | Volume 26 | Number 8
《中国图象图形学报》高光谱图像处理与应用专刊

何明一1(西北工业大学)

摘 要
高光谱图像(Hyperspectral Image)是光谱分辨率在10-2λ数量级范围内的成像光谱图像,也泛指光谱分辨率较高的图像集。在大约400~700nm的可见光范围,全色、彩色、多光谱和高光谱相机(成像系统)获得的图像数分别是1、3、数十和数百幅,其光谱分辨率依次约为300、100、10~100和1~10 nm。通常,在空间分辨率相同的情况下,光谱分辨率越高,图像波段数越多、数据量越大,获取的关于被测对象的信息就越多,因而高光谱相机有更广泛的应用。最初面向遥感探矿重大需求,发展起来的高光谱成像技术被称为遥感领域的革命性变化,近十多年来得到了国内外的高度重视与重要进展。当前,高光谱成像及其应用呈现如下发展态势:成像光谱范围从最初的可见光向可见光、近红外、中红外和热红外波段范围拓展,其依托平台从飞机、卫星向车载、固定和显微成像等多平台拓展,其应用领域从最初的矿物识别、环境监视、植被分类、精准农业、大地制图、军事侦察逐渐向星球探测、天体物理以及食品、文物、化妆品、生物医学、刑侦等领域拓展。 高光谱图像包含了丰富的光谱、空间和辐射等信息,且具有光谱接近连续、图谱合一的特性,为复杂目标分类识别和精细分析提供了可能。与二维数字图像处理相比,高光谱图像处理存在以下问题:1)成像波段数量多,标记样本有限,导致“维数灾难”;2)观测到的反射或辐射的高光谱图像数据在空间、光谱和时间上存在多种冗余和深度耦合,分析处理难度大;3)由于在实现、成本、处理等方面需要综合权衡,实际高光谱成像系统常常呈现高的光谱分辨率和低的空间分辨率,导致出现亚像元、混合像元等问题。多光谱、高光谱图像的处理研究可以追溯到三十年前,但近十几年才引起广泛重视并形成热点研究。2009年,IEEE遥感学会主办了首届国际高光谱图像与信号处理大会 (IEEE WHISPERS)。2011年以来,我国“全国成像光谱对地观测研讨会”和“全国高光谱成像技术及应用研讨会”分别在单数年和双数年召开。近年来,IEEE TGRS, JSTARS, SPM, SPL等国际期刊先后出版了高光谱遥感图像(数据)处理专辑。NASA于2015年6月23日发射的地球观测卫星EO-1,我国于2018年5月9日发射的高分五号卫星和2019年9月12日发射的资源一号02D星等,都携带了先进的高光谱、多光谱成像系统,并源源不断向地面传回高光谱图像数据。 随着高光谱成像系统的小型化、轻量化,高光谱成像系统可以装载在各种各样的静止和移动平台,甚至出现了显微高光谱成像系统。高光谱图像的获取呈现多平台、多时空、长时间观测,其数据呈现大数据特点,各种各样应用需求十分突出。此外,深度学习为高光谱遥感图像处理提供了新的方法和手段。“加快数字化发展,建设数字中国”写进《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》,高光谱图像的数字化成像、网络化获取和智能化处理是“数字中国”建设的重要内容之一。 在上述背景下,《中国图像图形学报》策划了“高光谱图像处理及应用”专刊。邀请业内专家共同组织,收录国内学者在高光谱图像处理及应用领域具有创新性和先进性的研究成果。本期专刊征文得到了领域专家和学者的热烈响应,为本专刊提供了丰富的优质稿源,集中反映了研究团队的交叉性、研究主题的广泛性和研究成果的先进性。我们期待广大读者和科技人员通过本期“高光谱图像处理及应用”专刊,能够更深入、更全面地了解该领域的最新技术和应用,有更多学者参与相关研究,产生具有国际影响力的优秀成果,为领域发展和“数字中国”建设做出新的贡献。
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