[摘要] 该文在介绍高光谱遥感的基本概念和特点，分析了应用高光谱遥感进行植物相关研究进展的基础上，借鉴应用高光谱进行植物研究的思路和技术方法，探讨了应用高光谱遥感技术识别药用植物的物种，监测药用植物的生长现状、生物量和中药材品质等方面的关键技术环节，为应用高光谱遥感技术方法，进行药用植物的相关研究提出了新思路和方法。
[关键词] 高光谱遥感； 药用植物； 监测
[稿件编号] 20120321001
[基金项目] 公益性行业科研专项（201207002）；中医药部门公共卫生专项（财社[2011]76）；中医药全国性专款（ZZYZK2012科技司A002）
[通信作者] *黄璐琦，Tel：（010）640144112983，Email：huangluqi@263.net
随着人类社会对中药材需求数量的增加，中药材市场流通过程中以次充好、以假乱真的现象严重，中药材生产和流通过程中急需简便易行的技术方法来识别和监测中药材的品质，以保证临床用药安全。关于中药材的品质、长势和产量估算等方面已有大量的研究成果，由于药用植物的种类多样、不同种类间在结构和成分等方面的差异较大，生产实践中简便易行的技术方法依然在不断探索和发展过程中。随着现代空间信息技术的发展，高光谱遥感已广泛应用于植被研究、地质勘测、城市规划、石油泄漏、环境调查、军事等领域。其中植物研究中主要应用于植物的物种识别、生长监测、生理生化指标反演等方面[1]，但应用高光谱遥感技术专门针对药用植物的研究甚少，相关领域的研究成果可为高光谱遥感在药用植物的相关研究提供新的思路和方法。本文在综述应用高光谱遥感进行植物研究的基础上，探讨应用高光谱遥感技术进行药用植物相关研究的思路和方法。
1 高光谱遥感概述
1.1 高光谱遥感的概念 高光谱遥感是指具有高光谱分辨率的遥感科学和技术，在300～2 500 nm（包括紫外、可见光、近红外）的波长，其光谱分辨率一般小于10 nm。高光谱遥感是利用地物的分子光谱吸收和微粒散射特性获取地物信息，包含了地物的辐射、空间分布和吸收光谱等方面大量的窄波段连续光谱（图像）数据。
1.2 高光谱遥感仪器 根据仪器设备工作所需的不同载体，可分为地面、机载、星载3种类型的光谱仪。一般多采用地面光谱仪获取地物光谱数据信息，地面光谱仪有：ASD FieldSpec 系列，光谱范围350～2 500 nm，最小分辨率3 nm，波段数512或1 024；GER系列，光谱范围300～3 000 nm，最小分辨率1.5 nm，波段数512；SpectraScan系列，光谱范围380～780 nm，分辨率8 nm，波段数128；HySpex系统，光谱范围400～1 000 nm/1 000～2 500 nm，最小分辨率3.7/6.25 nm；HyperSpec系列、LI系列、S系列等其他光谱仪[2]。使用地面光谱仪采集数据时，受放置高度的限制，地面光谱仪只能获取较小空间面积范围内的数据信息；但可以在同一地方多次重复采集研究对象的光谱数据，不受时间条件的限制，可广泛用于地物内部机构、组成等方面的研究。地面光谱仪配备相应的辅助硬件和软件，可以搭载在飞机等载体上获取较大空间面积范围的数据，可应用于地物自身属性特征和空间等方面的研究。星载高光谱仪器有AVIRIS，OMIS，CHR IS，Hyperion，HSI等，可以实现精确的估计农业产量、地质填图、精确制图，在采矿、地质、森林、农业以及环境保护领域具有广泛的应用前景，但应用中受价格昂贵、返回周期长等条件的限制[3]。
1.3 高光谱遥感数据 光谱仪通过模数转换将进入光导探头的光线转换成数字信号，来获取地物的光谱数据。光谱数据测量工作中通过计算机控制光谱仪，获取和显示光谱信号及数据。进行地物光谱分析需要测定3类光谱数据：暗光谱，即没有光线进入光谱仪时仪器记录的光谱（仪器系统本身和环境产生的噪声值）；参考光谱，即从标准板上测得的光谱；样本光谱，即从目标地物上测得的光谱。通过光谱仪获取的光谱数据：可作为航空和航天遥感器等各种遥感设备波段选择、验证、评价的依据；可建立地面、航空和航天遥感数据的关系，进行地物监测；可建立地物光谱数据与地物特征之间的应用模型，进行地物识别。
1.4 高光谱遥感特点 与一般常用的多光谱遥感相比，高光谱遥感的光谱波段较多，一般是几十个或者几百个，有的甚至高达上千个，而且这些光谱波段一般在成像范围内都是连续成像。而多光谱遥感只是在几个离散的波段以不同的波段宽度来获取图像，这样就丢失了对地物识别有用的大量吸收光谱特征信息[4]。多光谱遥感主要用于获取植被指数，侧重在植被的分布情况研究，很难对各种复杂地物属性和生化参量进行精确反演。对于植被覆盖度比较低且植被分布不连续的地区，多波段遥感数据对这些植被特有属性的探测很不敏感，很难应用于生态系统过程及其特性的研究，而高光谱遥感则能很好地解决这些问题。与其他遥感方式相比，高光谱遥感技术最大的优点体现在识别地物和监测植物的生化指标等方面，尤其是区分地物的细微差别方面。高光谱遥感在探测和识别地表的物质种类，评价和测量光谱所反映出的物质含量，描绘各类地物的空间分布，监测各类地物的变化等应用领域发挥了越来越大的作用[1]。
1.5 应用高光谱遥感识别和监测地物的关键环节 应用高光谱遥感进行地物识别和监测需要处理好2个关键环节[2]。一是建立目标标准光谱数据库。一般相对稳定的地物其标准光谱数据库的建立相对容易，受生理生态因素的影响，动植物的光谱特征具有动态和差异性特点，动植物标准光谱数据库的建立较复杂。因此动植物标准光谱数据库的建立要考虑目标的种类、生态环境、时间等方面的因素，需要获取同类不同种，同种不同环境，同环境不同时间等条件下的光谱数据信息。二是定量化处理高光谱图像数据。需要进行辐射值与数字信号之间的转换，去除大气、地形、光照等因素的影响，从数据库或图像中提取目标地物的标准光谱，进行光谱匹配、获取识别或监测结果，共4个关键处理过程。