前言

遥感光谱成像技术可以同时获得探测目标的影像和光谱信息，影像可以使人们从探测目标的空间布局识别物体的位置和分布，而光谱信息则可以使人们从物体本征的辐射光谱中分辨其物质特性，进而分辨物质的成分、种类及其变化，更精准地识别探测目标的属性。光谱成像遥感技术的发展拓展了人们探测目标的能力，推动了遥感技术应用的发展。进入高光谱成像遥感时代，遥感应用从地形、地质制图、灾害监测评估等空间图像应用，发展到利用物质辐射光谱进行农业植被、土壤成分、海洋生物、大气成分、矿物成分分析的研究，乃至全球气候变化、环境监测评估等多个领域的应用，在军事领域更有伪装识别、武器化学性能分析等具有重大意义的应用。

遥感光谱成像技术应用的基础是遥感定量化，而遥感定量化的前提是遥感器的定标，即将遥感数据量化为具有一定精度的辐射度量标准值。在遥感数据的应用中，只有用标准尺度对探测目标进行测量、评价、比对，遥感定量化的结果才具有可靠性。遥感数据的可靠性及应用的深度和广度在很大程度上取决于定标的精度。因此，遥感定量化研究不但以遥感器的定标为基础，而且对定标的精度也提出了更高的要求。

辐射定标是遥感定量化的关键技术，为满足遥感高光谱成像技术快速发展的要求，迫切需要深入进行高光谱成像仪辐射定标技术的研究，提高定标技术水平和定标精度，提高遥感器的数据产品质量，这对推动高光谱成像遥感技术的应用有重要意义。

遥感器辐射定标的工作分搭载平台发射入轨前和入轨工作后两个阶段进行。遥感高光谱成像仪在发射入轨前的辐射定标，主要对遥感器的辐射响应性能、光谱响应性能进行定标测试。遥感器入轨工作后，还需进行定期的定标测试，以对遥感器响应性能的变化进行监测，及时调整响应性能参数，保证输出数据定量化的有效性，才能保证遥感定量化的可靠性。

近阶段，遥感高光谱成像技术发展很快，各应用领域的飞行平台大都搭载高光谱成像仪，并不断向高光谱分辨率、高空间分辨率、高辐射定标精度发展，对遥感的定量化水平和数据质量都提出更高的要求。同时，随着科学技术的不断进步，还有一些新型的遥感高光谱成像仪研制成功，并逐步进入实用。

干涉型傅里叶变换光谱成像仪具有高光谱分辨率和高能量利用率等优点，因此近年来受到人们的广泛关注和研究。特别是在20世纪90年代以后，出现了静态傅里叶变换光谱成像技术，这种新型光谱成像技术保留了傅里叶变换光谱成像技术的主要优点，并且这种新型光谱成像仪的可靠性和稳定性好、体积小、光谱线性度高、光谱范围宽，适合在飞机和卫星等飞行器上搭载，在国际上引起广泛的重视。干涉型高光谱成像仪将成为遥感高光谱成像技术领域新的典型代表和新的发展方向。

现在光学成像遥感的定标和应用技术较为成熟，但遥感高光谱成像技术，尤其是干涉型高光谱成像仪的应用刚步入快速发展阶段，由于其工作原理的特殊性，光学成像仪的定标技术不能通用，而适应干涉型光谱成像原理的辐射定标技术尚不够成熟和完善，数据质量的水平还不能满足使用的要求。因此，迫切需要进一步深入研究遥感干涉高光谱成像仪的定标技术，但是目前有关遥感干涉光谱成像仪辐射定标的理论和技术的专著很少。

中科院西安光学精密机械研究所的光谱成像技术重点实验室，在遥感干涉光谱成像仪的研究方面已有20余年的历史，已研制了数台（套）遥感干涉光谱成像仪，具有丰富的研究经验和技术基础，培育了具有实力的研究队伍，近年来先后建立了陕西省光学遥感与智能信息处理重点实验室、陕西省“四主体一联合”光谱成像工程技术研究中心、陕西省光谱成像技术工程研究中心、西安市生物医学光谱学重点实验室。为了推动干涉型光谱成像仪辐射定标技术的发展和应用，为了与高光谱成像遥感领域的科学家进行技术交流，我们编写了本书。

本书介绍了干涉型高光谱成像技术的特点和优势，及其定标技术在国内外的发展现状，使读者能够对此技术有深入的认识。本书也介绍了辐射定标的理论基础──辐射传输和干涉型高光谱成像仪定标原理，便于读者由浅入深掌握此技术。结合编者的工程经验，本书还介绍了干涉型高光谱成像仪定标工作的实例，供读者参考。

全书共8章，主要内容介绍如下。

● 第1章介绍高光谱遥感的基本概念、特点、发展及应用，遥感高光谱成像仪的分类，国内外典型的遥感高光谱成像仪，其中较详细地介绍我国环境卫星HJ-1A高光谱成像仪的光学系统、设计方法和干涉型光谱成像仪的特点。本章还介绍辐射定标的意义、遥感干涉高光谱成像仪辐射定标的特点。

● 第2章介绍辐射度测量和辐射传输的基础理论、辐射传输的计量工作器具，以及辐射定标测量误差分析理论和测量不确定度的评定。

● 第3章介绍遥感干涉高光谱成像仪发射前的定标，包括实验室定标、真空试验定标和外场定标，以及定标方法、设备、数据处理。

● 第4章介绍遥感干涉光谱成像仪在轨星上定标的意义、星上定标的主要方法和器具、国内外典型遥感干涉光谱成像仪的星上定标机构和定标方法。

● 第5章介绍遥感干涉高光谱成像仪辐射校正场定标的基本要求和定标方法，国内外主要的辐射定标实验场、基本测试设备和数据处理，典型高光谱成像仪的场地定标方法、结果及真实性检验。本章还介绍高光谱成像仪遥感图像条带噪声处理方法、干涉光谱成像仪在飞行中的光谱定标和相对辐射度定标方法，以及场地自动化定标。

● 第6章介绍遥感干涉高光谱成像仪交叉定标的目的、要求，交叉定标的主要方法、数据处理和定标精度分析，以及国内外典型遥感器的交叉定标。

● 第7章介绍遥感干涉光谱成像仪的其他定标方法：利用沙漠、极地、海洋、云等场景及利用月亮辐射进行辐射定标。本章最后介绍全球定标场网辐射定标。

● 第8章介绍遥感干涉光谱成像仪定标技术发展趋势和讨论。

本书由中科院光谱成像技术重点实验室原主任、现西安光机所副所长胡炳樑研究员总策划、组织编写，由胡炳樑、王爽研究员审核大纲，由计忠瑛高级工程师执笔编写。白加光研究员、石大莲副研究员参与了部分内容的编写（白加光：HJ-1A高光谱成像仪光学系统设计；石大莲：时空调制干涉型光谱成像仪实验室绝对定标数据处理）。

中科院光谱成像技术重点实验室的创建者、第一任主任，西安光机所前所长，现中科院副院长、院士相里斌研究员，领导西安光机所领先发展了干涉型光谱成像技术的研究和工程应用，取得了重大成果；本书中的某些干涉型光谱成像仪设计、定标工程实例是光谱成像技术重点实验室科研团队科研成果的总结。这些科研与工程应用的成果为本书的创作奠定了基础。

在本书编写过程中，西安光机所情报资料室王亚军、陈晓颖协助提供参考文献，中科院光谱成像技术重点实验室的研究生刘文龙、李洪波、杨凡超、余璐、杜剑、孙晨、袁博、张智南、费小云、李朝、刘慧、张学军查阅了相关文献，夏璞在文献查阅、协调出版方面做了大量工作。这里对于大家对本书的贡献表示感谢。在此特别要感谢的是在高光谱成像仪研制、在轨飞行的定标工作中做出贡献的原中科院光电研究院、中科院安徽光学精密机械研究所（简称安徽光机所）、原中科院遥感应用研究所、国家航天局航天遥感论证中心等兄弟单位的专家们。

由于编者水平有限，相关资料的查阅可能不够全面，本书在理论、技术方面尚存在很多不足之处，欢迎广大学者批评指教、深入交流，以促进遥感高光谱成像定标技术的进一步发展。

编者

2022年4月