美国宇航局的 Arcstone 月球校准仪器于2025年6月23日太平洋时间下午2:25，从加利福尼亚州范登堡太空基地搭载SpaceX的Transporter-14拼车任务升空。（图1. Arcstone的搭建。图片来源：NASA官网）01 为什么要做“月球校准”？在太空遥感领域，数据的准确性和可溯源性至关重要。无论是监测全球气候变化、追踪极端天气，还是支持农业、海洋和城市发展决策，卫星数据的可信度决定了科研与产业的价值。然而，卫星在轨运行过程中，长期暴露于复杂的空间环境，容易出现光学衰减、探测器漂移等问题。如果缺乏统一的在轨校准标准，观测数据会逐渐偏离真实值，甚至导致跨任务、跨平台数据之间存在系统性误差。月球——作为地球大气层之外的稳定光源，被认为是最理想的“天然标尺”。但直到现在，人类还缺少一套专门在太空环境下获得的高精度月球反射率数据。这一空白，正是NASA Arcstone任务要填补的。（图2. 美国宇航局Arcstone仪器在轨收集月球反射率测量数据的艺术渲染图。图片来源：NAES官网）02 Arcstone 的使命Arcstone是全球首颗专注于月球反射率高精度测量的立方星。它的主要目标包括：· 建立高精度月球反射率模型，成为全球遥感校准的统一标准；· 减少在轨校准复杂度，让未来卫星任务无需繁琐的 onboard 校准器；· 提升数据质量与...
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2025
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点击蓝字，关注我们健康的水环境对可持续的城市发展至关重要。然而，随着城市化的快速推进和人口增长，工业废水和生活污水造成了严重的水污染，危及人类健康和水生生态系统。传统的水质监测方法成本高昂且劳动密集。近年来，MODIS、Landsat 和 Sentinel 等卫星图像技术取得了进展，提供了广泛且具成本效益的监测手段，但由于空间和光谱分辨率的限制，在监测总磷 (TP) 和化学需氧量 (CODMn) 等非光学活性参数时仍面临挑战。机载高光谱成像仪通过提供高分辨率图像，弥补了卫星与地面监测之间的不足，成为一种有效的解决方案。无人机获取的高光谱图像能够捕捉到详细的光谱数据，从而改善非光学活性水质参数的反演。尽管具备优势，但仍面临诸如水质样本有限和光谱特征复杂等挑战。有效的光谱预处理和特征选择对于提高高光谱图像水质反演的准确性和效率至关重要。分数阶导数 (FOD) 和离散小波变换 (DWT) 等技术能够降低噪声并提取有价值的信息，但它们在水质监测中的应用仍处于发展阶段。本文旨在：(1) 评估 FOD、DWT 及特征选择在水质参数反演中的有效性；(2) 比较不同回归模型的性能；(3) 确定敏感光谱带及其在水质估计中的作用。目标是建立一个基于无人机高光谱图像的城市河流水质监测综合框架。这项研究聚焦于广州市荔湾区部分河流。荔湾区位于广州中心城区，人口稠密，拥有大量旧城区建筑以及发达的花卉和贸易产业...
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2025
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考古学虽然常与发掘相关，但许多遗址仍需通过地表上的文物和其他特征来进行识别。对这些地表考古记录的分析不仅可以揭示不同定居时期的信息，还能展示土地的农业、生产或仪式用途，以及景观中人、物、思想的流动模式。本文介绍了一种利用机载高光谱短波红外 (SWIR) 图像的新方法，用于记录和分析地表考古材料。SWIR 光可以区分不同类型的岩石、矿物和土壤，地质学家经常利用这一原理绘制地质图。Resonon Pika IR+高光谱成像仪能够以优于10厘米的空间分辨率收集SWIR图像，从而识别并表征地表文物。本文探讨了在NASA Space Archaeology 资助下进行的实验，展示了这项技术的潜力和挑战，特别是在成功定位和表征单个文物方面，同时指出了未来发展的关键方向。作者团队将 Resonon Pika IR+高光谱成像仪安装在 DJI M600上（图 1）。还在机身顶部安装了额外的 GPS 天线杆，并安装了一个 GPS 定位器，用于将位置数据传输到 Pika 的 IMU。 图 1. 搭载在 DJI M600 无人机上的 Resonon Pika IR+ 高光谱传感器（左）；无人机在科罗拉多州梅萨维德附近的调查中飞行（右）。 为了测试超高分辨率 SWIR 成像在考古学中的可行性，作者团队设计了一个简单的实验调查，以便确定 Resonon Pika IR+ 在定位和确定文物表征方面的...
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2024
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海水富营养化是海洋水体中N、P等营养盐含量过多，导致水体中藻类等生物过度繁殖，从而引发水体生态系统的失衡现象。环境变化和水体富营养化是当前许多湖泊及水域面临的严峻挑战。为了及时发现湖泊水质变化,水体监测是关键所在。遥感监测技术的发展为水体监测带来了新机遇。遥感技术可以通过机载高光谱获取大范围的水体光谱信息，从而快速、准确了解水体的变化情况。遥感监测可以提高监测效率，减少人力和物力的投入，降低监测成本。在山东半岛南部胶州湾典型海水养殖区，学者们就利用高光谱遥感开展了海水富营养化的监测。利用Resonon Pika L估算胶州湾富营养化由于土地利用的不断变化、森林砍伐和化石燃料的燃烧，温室气体排放急剧增加，从而导致海洋富营养化、洪水泛滥等严重的全球性挑战。近年来，由于海产品消费的增加，海水养殖成为一个迅速扩大的全球市场。而不合理的养殖方式、过度的养殖生产，以及大量污染物直接排放到海洋养殖区中，会造成赤潮等其他灾害。这些问题会导致严重的环境污染、生态失衡和沿海水域富营养化。为了从源头上减少污染排放，阻止海水养殖水质恶化，需要快速准确地了解海水养殖水质参数浓度的时空特征、演变过程、影响因素等信息。随着遥感技术的不断进步，高光谱遥感技术因其精度高、波段多、信息量大等优点在遥感水质监测中得到了广泛的应用。而机载高光谱遥感具有空间分辨率高、时间分辨率高、图像采集灵活等优点，为区域水质监测的应用提...
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2023
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高光谱成像结合机器学习检测火炬松幼苗梭形锈病发病率火炬松是美国南部最重要的森林树种，它生长迅速、适应性强，可用于建筑木材、胶合板和纸浆等。松梭形锈病是由真菌Cronartium quercuum f.sp. fusiforme（Cqf）引起的一种影响该物种的常见且具有破坏性的病害。这种真菌通常会感染幼树的茎，导致被称为“锈瘿”的肿瘤样生长物产生，可能会造成树木死亡或产生“锈丛”，从而妨碍树木生长，降低木材使用价值。种植抗病苗是限制该病害的最有效的措施。温室中抗病性测试在人工接种幼苗后的目视估计病害发病率和严重程度具有高度主观性，容易出现人为错误，且劳动密集。此外，目视评估只有在病害感染一段时间后，症状充分发展时才能进行。而高光谱成像可同时获取空间和光谱信息，提供了在不同空间尺度上分析光谱信息的机会，已成功应用于多种植物物种的病害和胁迫检测。基于此，在本文中，来自北卡罗来纳州立大学和密西西比州立大学的研究团队提出了一种利用高光谱成像技术筛选火炬松幼苗梭形锈病发病率的创新方法，具体目标为（1）开发高光谱图像处理管道，用于从火炬松幼苗图像中的特定感兴趣区域（ROI）中提取光谱数据；（2）基于来自(1)的特定ROI的光谱数据，评估用于区分患病和未患病幼苗的SVM分类模型。图1 火炬松幼苗高光谱图像采集的成像装置。【高光谱图像获取】线性扫描高光谱成像仪（Pika XC2，Resonon In...
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2022
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改进积雪密度的估计是目前雪研究的一个关键问题。表征密度时空变异性对于水当量的估算、水力发电和自然灾害（雪崩洪水等）的评估至关重要。高光谱成像是一种监测和估计其物理特性的有前途且可靠的工具。事实上，雪的光谱反射率在一定程度上受其物理特性变化的控制，尤其是在光谱的近红外（NIR）部分。为此，已经设计了几种模型根据光谱信息估算积雪密度。然而，还没有一个实现满意的结果。主要困难之一是积雪密度和光谱反射率之间的关系是非双射的（满射的）。事实上，几个反射振幅与相同的密度相关，反之亦然，所以密度和光谱反射率之间的相关性可能非常弱。基于此，为了解决该问题，本研究中提出了基于光谱数据的积雪密度估计混合模型。主要研究目标是利用高光谱NIR成像（PIKA NIR，RESONON Company）（900-1700 nm）以5.5 nm的光谱分辨率测试混合模型（HM）估计季节性积雪密度的性能。混合模型结合了一个分类器和3个与密度类别相关联的特定估算量（弱到中度变质雪（WMM），中度到高度变质雪（MHM）和高度到极高度变质雪（HVM））。利用2018（1.19-3.27）、2019（1.10-4.3）和2020（1.29-3.10）年冬季在加拿大魁北克国立科学研究院（INRS）的科技园内（46°47′43.22″北纬，-71°18′10″西经）收集的数据集校准和验证了HM。混合模型在两个...
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2022
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雪反照率可用于估算雪崩，美国国家航空航天局机载降雪观测台将其与激光雷达联合用于测量雪深。反照率（或“白度”）是单位时间，单位面积上各方向出射的总辐射能量与入射的总辐射能量之比，其测量范围从0（对应于吸收所有入射辐射的黑体）到1（对应于反射所有入射辐射体）。根据Wikipedia的说法“雪反照率变化很大，可以从0.9（刚落下的雪）到0.4（融化的雪）到0.2（脏雪）。南极洲平均雪反照率略高于0.8。如果积雪区域边缘变暖，雪易于融化，会降低反照率，因此积雪吸收了更多的辐射导致了更多的融雪。”在所附的文章中“The Airborne Snow Observatory: Fusion of scanning lidar, imaging spectrometer, and physically-based modeling for mapping snow water equivalent and snow albedo”特别提到了ITRES CASI在测量雪反照率上的重要性。【摘要】在世界许多山区，积雪覆盖和融化主导着区域气候和水资源。山区的融雪时间和量级主要受太阳辐射的吸收和雪水当量（SWE）的分布控制，但是即使在全球仪器设备最完善的山区，对其了解和认识仍不充分。本研究中我们描述并介绍了机载降雪观测台（ASO）的结果，它耦合了成像光谱仪，扫描激光雷达以及积雪分布模型以测定积雪光谱反照率...
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2020
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摘要：针对推扫式成像光谱仪获取的狭带影像需要经过几何校正才能拼接形成空间二维影像的问题，提出了基于ENVI二次开发的高光谱推扫图像拼接技术。基于单应映射建立光谱仪倾斜状态下与正射状态下图像上的二维点之间的关系，校正由姿态变化引起的图像畸变，结合GPS数据修正因飞行速度变化引起的狭带重叠将校正后的狭带影像拼接起来。在ENVI二次开发平台上进行技术集成，实现了Resonon推扫高光谱狭带影像的自动校正拼接。对河北保定郊区高光谱影像的校正拼接实验证明，该方法与光谱仪自带拼接软件校正结果接近经纬度坐标差均在1m以内，均方根误差约为0.7389，能够满足一般高光谱遥感应用中的地理精度要求。研究目的：根据单应映射原理，建立光谱仪倾斜和正射状态下像点的映射关系，利用GPS/INS组合导航数据校正狭带影像中的畸变，拼接成一幅完整的影像，并在ENVI二次开发平台上实现推扫狭带影像的自动校正和拼接。推扫成像畸变原因：推扫式成像是利用飞行平台的向前运动，借助于与飞行方向垂直的扫描线记录而构成二维图像。推扫型成像光谱仪通常采用一个垂直于运动方向的面阵CCD来感应地面响应，在飞行平台向前运动中完成二维空间扫描，平行于平台运动方向，通过光栅和棱镜分光完成光谱维扫描，因此，CCD上一个点对应一个谱段，一条线对应一个谱面。CCD探测器每次成像是空间一条线上的光谱信息。为了获得空间二维图像，再通过机械推扫，完成整个...
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2020
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摘要：采矿后地区受到大规模和严重的干扰，会对周围生态系统产生重要的影响。原本的生态系统被破坏，而植树造林可以恢复这些生态系统。但其成功和速度取决于所挖出弃土基质的特性。热红外遥感为弃土基质的标测和分类带来了优势，从而确定了其特性。弃土基质库包含光谱发射率（Designs and Prototypes Model 102便携式FTIR光谱仪）和化学性质，可以促进遥感活动。该研究提供了从捷克共和国褐煤开采场提取的弃土基质发射率的光谱库。通过干燥和筛分将提取的样品均质化。每个样品的光谱发射率通过光谱平滑算法来确定，该算法适用于傅立叶变换红外（FTIR）光谱仪测得的数据。同时测量了每个样品的化学参数（pH、电导率、Na、K、Al、Fe、灼烧损失和多酚含量）和毒性。本文中光谱基因库以地理坐标的形式提供了获取位置的有价值的信息，呈现的数据本质上是唯一的，可以在长波红外电磁频波中为许多遥感活动提供服务。1总结露天采矿过程中，煤层上方大量的基质被清除并重新堆放，覆盖了广阔的区域，这些从几百米深处挖出的材料被称为弃土基质。其物理和化学特性会发生变化，异质性很大程度上受地质及采矿和堆放方法的影响，由于这个原因，基质与最近的土壤有很大的不同。它们有极端的pH值，高浓度的重金属、多酚（即煤分解产物）和盐含量。这些性质会影响采矿后地区植被发展的成功和速度。因此，在土地...
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2020
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植被冠层的光合特性是基于地球系统模型进程的重要参数，可用于理解全球碳循环。然而这些地球系统模型缺乏光合特性连续的时空信息，导致了很大的不确定性，无法解释碳的源和汇以及大气层与陆地生物圈的交换。此外，光合速率的准确表征对于重设光合作用途径以提高作物产量至关重要。选择新品种需要在给定环境中将基因型与表型联系起来，但尚未以高通量方式实现，这成为植物育种的主要瓶颈之一。为此，作为全球粮食安全问题解决方案的一部分，迫切需要光合特性高通量表征技术的进步，这对于深刻理解全球环境变化至关重要。基于此，作者研究了安装在移动平台上的高光谱成像相机是否能解决这些问题，重点研究三种主要方法-基于偏最小二乘法回归（PLSR）的反射光谱，光谱指数以及数值模型反演，以从11个烟草品种冠层高光谱反射率估算光合特性。结果表明，基于PLSR建立的反射光谱和光谱指数模型预测Vcmax和Jmax的R2为~0.8，高于数值反演的预测结果（R2为~0.6）。与反射光谱的PLSR相比，光谱指数的PLSR预测Vcmax（R2 = 0.84 ± 0.02, RMSE = 33.8 ± 2.2 μmol m−2 s−1）的结果更好，预测Jmax（R2 = 0.80 ± 0.03, RMSE = 22.6 ± 1.6 μmol m−2 s−1）的结果相似。...
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2020
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