1.1研究目的和意义

高光谱是指在太阳光谱波段内对地物目标反射辐射能量测量的光谱波段分辨率为纳米级的技术^[1]。在近来十多年的时间里高光谱遥感技术飞速发展，由于其具有较高的波谱分辨率和空间分辨率，正在逐步替代多光谱数据，成为获取土壤、岩石理化特性的一种有效手段。该技术把地面目标的精细光谱测量技术融合到航空、航天遥感成像技术中，形成成像光谱遥感对地观测技术。它具有从空间大尺度探测和分析岩矿目标光谱特征的能力，从而使遥感技术直接识别岩矿地质体重矿物的存在、矿物的丰度和矿物的成分分布变为可能。

在利用高光谱遥感技术进行地质应用时，提取遥感影像反映的岩矿的地表反射率是关键的环节之一。吴昀昭、杨波和张楠楠等人在该方向上做了大量的工作^[2,3]，但主要集中在研究岩矿反射率的波段分布特点及其在图像上的表现，进而在图像之间进行波段计算和变换分析。但这些操作都以岩矿地表反射波谱特性为基础，然而由于各类影像在获取过程中，受到大气吸收、散射和传感器响应特征等一些因素影响，导致图像记录的像元值和地表真实反射率之间出现偏差，这必然影响后期信息提取的效果^[4]。因此为了充分发挥高光谱遥感技术在矿产资源调查中的技术优势，使成像光谱遥感的工作方法更好地推进到以光谱分析及光谱识别的量化分析阶段，进而促进高光谱遥感应用技术产业化进程，开展高光谱遥感数据特征分析和处理分析方法技术研究显得尤为重要。

本次实验拟结合提供的航空高光谱数据、Hyperion影像以及地面黑白布反射率测量数据，分别研究和实现基于大气辐射传输模型和经验线性模型的航空高光谱岩矿反射率反演，同时计算航空高光谱岩矿的表观反射率，并对不同的实验结果进行精度评价和对比分析。

1.2国内外研究现状

目前，国内外常用的地面光谱仪有美国的ASD、GER、FT-IR和澳大利亚的PIMA等；航空高光谱成像光谱仪主要有美国的AVIRIS、Probe、加拿大的CASI/SASI/TASI系列产品、澳大利亚的HyMap、中国的OMIS、PHI等^[5]。国内能够获取的民用星载高光谱数据主要有美国的Hyperion数据、中国的HJ-1A和欧盟的CHRIS数据等^[6]。

早在20世纪50年代，遥感技术开始应用于地质找矿领域，最早遥感地质工作者通过研究和分析遥感图像中的岩性特征和地质构造来研究区域成矿背景，以此来确定成矿有利区带^[7]。到20世纪80年代，高光谱遥感技术的发展使得人们对于遥感技术的潜力有了更进一步的认识。高光谱遥感影像以其包含的地物光谱信息之广和涵盖的可见光-近红外光谱区间内波段数之多，使得其较于传统的多光谱影像相比有了质的飞跃。迄今为止，地质填图是高光谱遥感应用最为成功的领域之一^[8]。同时，大气校正作为遥感图像应用的基础性工作，其结果在很大程度上决定了后期定量反演应用的效果精度。对于大气校正的应用研究国内外学者已经做了比较全面的探讨，提出了很多思路，改进了很多算法^{[9,10,11,12,13]}。但是到目前为止，国内外都很少有人研究大气传输状况及大气校正的好坏等对岩矿反射率反演带来的影响。

2. 研究的基本内容与方案

1.研究内容与研究目标

1.1研究内容

高光谱影像的反射率反演对于高光谱数据的定量化应用具有重要的理论和现实意义。但是众所周知对于光学图像，大气层，尤其是其中的气溶胶和水汽会在一定程度上散射和吸收地表的反射辐射，因此大气辐射传输状况及大气校正好坏在很大程度上影响高光谱影像的反射率反演。一般来讲，常用的大气校正方法有两种：第一种方法假设已知大气的特性，通常表达为大气柱中的气溶胶和水汽总量，可用其他传感器或数据源获得其估计值。再利用大气辐射传输程序（如MODTRAN，6S）计算大气校正所需的参数。第二种方法依赖于图像本身以及实际测量的波谱数据进行二者之间的线性回归来做大气校正。通常第一种方法的难度在于如何获取大气参数，而第二方法虽然简单易行，但是其线性假设过于理想化，所得结果精度不一定符合要求，因此本次研究主要从以下三方面进行：

（1）分别利用航空高光谱岩矿数据以及Hyperion影像数据分别进行地表真实反射率反演，了解航空高光谱数据以及航天高光谱数据用于反射率反演时的不同；

（2）基于大气辐射传输模型以及经验线性法分别进行大气校正，并对各模型校正的时间以及精度进行定量分析对比；

（3）计算航空高光谱岩矿表观反射率，通过比较地表真实反射率以及表观反射率，分析何种方法能够更加有效精准地为地质找矿提供数据支撑。

1.2研究目标

本次研究结合提供的航空高光谱数据、Hyperion影像数据和地面黑白布反射率测量数据，开展基于经验模型的航空高光谱岩矿反射率反演。结合提供的航空高光谱数据，研究和实现基于大气辐射传输模型的航空高光谱岩矿反射率反演方法，利用快速大气纠正法进行大气纠正。并对实验结果进行精度评价和对比分析，寻求一种能够高速有效并且精准度较高的大气校正方案，为研究岩矿反射率特性提供更加优质的数据来源。