序

随着遥感技术的发展，人类对地球和太空的探索有了有效的手段，而20世纪80年代光谱成像技术的出现，更使遥感技术产生了革命性的飞跃。

遥感技术研究的主要目的之一是探测目标的特性。遥感成像技术可以获得目标的二维或三维空间信息。光谱技术可以获得目标的光谱信息，由此可以分析了解目标的物质组成和属性。遥感成像技术与光谱探测技术的结合，使遥感探测对研究目标有更全面的认识，大大拓展了遥感探测的应用范围。在遥感技术应用的地质、海洋、农业、林业、城市、环境、军事等领域，光谱成像技术不但可以识别目标的形态、分布、位置，还可以识别目标的类型、成分、生物物理状态，甚至可以识别伪装目标。光谱成像技术这种深层次的探测能力，正是其快速发展的重要原因。

在遥感光谱成像技术的发展进程中，随着精密光学和机械、微电子、计算机、探测器、数字图像处理等技术的快速发展，已有多种类型的光谱成像仪应用于遥感领域。在光谱性能方面，由多光谱发展到高光谱、超高光谱；从可见、近红外，发展到长、短波红外，甚至紫外。在光谱成像方式上，从最早的棱镜分光、光栅分光，发展到干涉分光，现在还出现电光调制、声光调制、滤光片分光等新的光谱成像方式。在多种类型的光谱成像仪中，干涉型光谱成像仪具有独特的优势。

干涉型光谱成像仪一般是指通过入射光的分光、干涉、成像，获得目标的图像、干涉信息，由干涉图反演入射光谱的仪器。干涉型光谱成像仪中又以傅里叶变换光谱技术较为成熟，现已应用于星载遥感器。

Albert A. Michelson在1880年提出了傅里叶变换光谱方法，并获得诺贝尔奖。20世纪60年代，随着计算机技术的迅猛发展，傅里叶变换光谱技术得到了广泛的重视和应用，之后又发展了光谱成像技术，使傅里叶变换光谱成像技术成为光学探测仪器发展史上的一次重大飞跃，并很快成功应用于遥感领域。遥感傅里叶变换光谱成像技术现已演化出多种类型，包括时间调制型、空间调制型、时空联合调制型、外差型等，它们各自在不同的应用领域中发挥着十分重要的作用，国外已形成了许多系列产品。在我国，不少单位也在研制傅里叶变换光谱成像仪，它主要应用于分析化学、大气探测、对地遥感等方面。

傅里叶变换光谱成像仪具有高通量、高光谱分辨率等特点，较经典的棱镜型、光栅型光谱成像仪呈现明显的优势，因此近年在航空航天领域发展较快。新发展的时空联合调制的大孔径光谱成像仪，比时间调制的傅里叶变换光谱成像仪有更强的能量通透力，可以有效地提高仪器的信噪比，降低了对探测器的苛刻要求，同时为减小曝光时间、提高空间分辨率和图像质量提供了有利条件。大孔径光谱成像仪的光学系统口径小，可使仪器体积小、重量轻，利于提高整体的稳定性，更好地适应了遥感空间的恶劣环境。时空联合调制的大孔径光谱成像仪的窗式光谱成像，具有光谱、空间信息量大且冗余信息多的特点。利用图像处理技术，可以实现光谱分辨率的提高，采用图像匹配等方法可以增强图像的空间分辨率。

光谱成像定量化技术是遥感光谱成像技术中的关键技术之一。对遥感器的定标是标定其接收到的电磁波信息与其量化的数字信号之间的定量关系。这个标定结果是遥感器定量化应用的基本依据。遥感器在发射前的定标是获得基础数据；在轨运行后，遥感器寿命结束前，都需要随时进行定标，监测遥感器数据定量化的变化，保证定量化数据的质量。定标的精度、数据定量化的质量直接关系到光谱成像仪的应用水平和质量。目前遥感光谱成像技术向着高光谱分辨率、高空间分辨率、高定量化水平发展，对定标技术也提出了更高的要求。因此，对遥感光谱成像仪定标技术的研究，是整个光谱成像仪研究和应用阶段的重要任务。

中国科学院（简称中科院）西安光学精密机械研究所（简称西安光机所）的光谱成像技术重点实验室，是中科院在光谱成像技术研究领域的第一个重点实验室。实验室自2004年建立以来，组建了光谱成像技术研究的多学科、实力雄厚的研究团队，承担了多项遥感光谱成像仪器和遥感技术方面的研究任务，取得了多项重大成果，为我国的遥感技术发展做出了突出贡献。中科院光谱成像技术重点实验室主任、现西安光机所副所长胡炳樑研究员长期从事光谱成像技术研究工作，组织并带领团队研制了数套遥感干涉光谱成像仪载荷，为推动我国光谱成像技术事业的发展做出了贡献。中科院光谱成像技术重点实验室计忠瑛老师，从事成像光谱仪研制工作已有20余年，尤其对遥感高光谱成像仪的发射前定标、星上定标等定标技术的研究、工程设计具有丰富的经验。

高光谱成像技术是近年来发展的一种新兴技术，国内外至今很少有高光谱成像仪和定标技术的相关专著。中科院光谱成像技术重点实验室在已发表论文和项目资料的基础上，现借本专著的出版，使该领域更多的科研工作者和研究生受惠。

本书在介绍高光谱遥感概念、国内外高光谱成像仪发展现状的基础上，系统、全面、深入地介绍干涉型高光谱成像仪定标技术的基础理论和基本方法。本书重点论述了辐射度测量和辐射传输的基础理论，遥感干涉高光谱成像仪的发射前定标、星上定标、辐射校正场定标、交叉定标，并讨论了除上述定标方法外的其他定标方法和定标技术的发展趋势，尤其介绍了近年发展的场地自动化定标和全球定标场网定标。本书除了简要介绍每种定标方法的基本理论和实现方法外，还结合中科院光谱成像技术重点实验室人员自身工程技术经验，介绍了大量在实际研究工作中遇到的问题，其中大量内容是首次公开的科研成果，对工程设计人员具有重要的指导意义。

相信本书将会对当今高光谱成像仪定标技术的研究和发展，对光谱成像仪的研制、工程化及应用均具有重要的指导意义；对高空间分辨率、高光谱分辨率的空间对地观测、空间探测、深空探测、航空航天等领域的研究和技术进步起到积极的推动作用；对仪器设计人员具有直接的参考价值。

中国科学院院士

2022年4月