八、高光谱遥感应用—水质参数反演解读

高光谱遥感综述

高光谱遥感及其发展与应用综述 摘要：高光谱遥感是20世纪80年代兴起的新型对地观测技术。文中归纳了高光谱遥感技术波段多、波段宽度窄，光谱分辨率高，数据量大、信息冗余，“图谱合一”等特点，具有近似连续的地物光谱信息、地表覆盖的识别能力极大提高、地形要素分类识别方法灵活多样、地形要素的定量或半定量分类识别成为可能等优势，简单介绍了高光谱遥感在国外及国内的发展情况。在此基础上，概述了高光谱遥感在地质矿产、植被生态、大气科学、海洋、农业等领域的应用。 关键词：高光谱遥感；发展；应用 1高光谱遥感 高光谱分辨率遥感是指利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体获取有关数据。它的基础是测谱学。测谱学早在20世纪初就被用于识别分子和原子及其结构，20世纪80年代才开始建立成像光谱学。它是在电磁波谱的紫外、可见光、近红外和中红外区域，获取许多非常窄且光谱连续的图像数据的技术。成像光谱仪为每个象元提供数十至数百个窄波段光谱信息，能产生一条完整而连续的光谱曲线。 1.1高光谱遥感的特点 （1）波段多，波段宽度窄。成像光谱仪在可见光和近红外光谱区内有数十甚至数百个波段。与传统的遥感相比，高光谱分辨率的成像光谱仪为每一个成像象元提供很窄的(一般<10nm) 成像波段，波段数与多光谱遥感相比大大增多，在可见光和近红外波段可达几十到几百个，且在某个光谱区间是连续分布的，这不只是简单的数量的增加，而是有关地物光谱空间信息量的增加。 （2）光谱响应范围广，光谱分辨率高。成像光谱仪响应的电磁波长从可见光延伸到近红外，甚至到中红外。成像光谱仪采样的间隔小，光谱分辨率达到纳米级，一般为10nm左右。精细的光谱分辨率反映了地物光谱的细微特征。 （3）可提供空间域信息和光谱域信息，即“谱像合一”，并且由成像光谱仪得到的光谱曲线可以与地面实测的同类地物光谱曲线相类比。在成像高光谱遥感中，以波长为横轴，灰度值为纵轴建立坐标系，可以使高光谱图像中的每一个像元在各通道的灰度值都能产生1 条完整、连续的光谱曲线，即所谓的“谱像合一”。（4）数据量大，信息冗余多。高光谱数据的波段众多，其数据量巨大，而且由于相邻波段的相关性高，信息冗余度增加。 （5）数据描述模型多，分析更加灵活。高光谱影像通常有三种描述模型：图像模型、光谱模型与特征模型。 1.2高光谱的优势 高光谱遥感的光谱分辨率的提高，使地物目标的属性信息探测能力有所增强。因此，较之全色和多光谱遥感，高光谱遥感有以下显著优势: (1)蕴含着近似连续的地物光谱信息。高光谱影像经过光谱反射率重建，能获取地物近似连续的光谱反射率曲线，与地面实测值相匹配，将实验室地物光谱分析模型应用到遥感过程中。 (2)地表覆盖的识别能力极大提高。高光谱数据能够探测具有诊断性光谱吸收特征的物质，能够准确区分地表植被覆盖类型、道路的铺面材料等。

红外光谱分析概述

红外光谱分析概述（上） 1．红外光谱 红外光谱是反映红外辐射强度或其他与之相关性质随波长（波数）变化的谱图。目前，它是一种被广泛应用于研究表征物质的化学组成，在分子层次上的结构及分子间相互作用的有力手段。红外射线发现于1800年，在用普通温度计测量可见光谱的温度效应时，在红光一端的外侧观察到有较强的热效应。后来，实验证实了这是由一种肉眼看不见、波长比红光更长的电磁辐射所造成的，这种电磁辐射被称为红外光。通常将红外辐射的波长范围定为0.8～1000微米，并可粗略地分为三个波段：（1）近红外的波段为0.8～2.5微米，波数为12500～4000厘米-1；（2）中红外的波段为2.5～25微米，波数为4000～400厘米-1；（3）远红外的波段为25～1000微米，波数为400～10厘米，目前，实验上已能测定到2500微米，波数为4厘米-1。相应地有近红外光谱、中红外光谱和远红外光谱。 红外光谱的形式虽然多种多样，从本质上可分为发射光谱和吸收光谱两大类。物体的红外发射光谱是指样品在通过受激或自发辐射的条件下，所发射的红外光的强度随波长(波数)变化的光谱图，红外发射光谱主要决定于物体的温度和化学组成。吸收光谱是指样品对红外辐射的吸收能力随波长(波数)变化的光谱图，在实验上，使红外光与样品发生相互作用，测定红外光与物质相互作用前后光强的变化与波长(波数)之间的关系, 称红外吸收光谱。 2．分子的振动和转动光谱 对于分子体系而言，其振动和转动是量子化的，其能级差所对应的光子的波长落在红外光范围，因此是红外光谱(拉曼光谱)的主要研究对象。研究指出，红外光谱的研究范围不仅仅局限于分子的振动、转动跃迁，某些特殊体系的电子能级跃迁亦可能落在红外光谱波段范围内，例如，超大规模共轭体系的电子跃迁、某些稀土离子的f-f能级跃迁等等。不过目前绝大多数的红外光谱研究工作仍集中于分子的振动能级跃迁上，以最简单的双原子为例，其振动吸收Eν可近似地表示为： 式中h为普朗克常数；ν为振动量子数（取正整数）；n0为简谐振动频率。当ν=0时，分子的能量最低，称为基态。处于基态的分子受到频率为n0的红外射线照射时，分子吸收了能量为n0的光量子，跃迁到第一激发态，得到频率为n0的红外吸收带, 它称为分子振动的基频。反之，处于该激发态的分子也可发射频率为n0的红外射线而恢复到基态。n0的数值决定于分子的约化质量μ和力常数κ： κ决定于原子的核间距离、原子的特性和化学键及键级等。 在多原子分子体系中，各原子在平衡位置附近作相对运动。这些振动方式可以被分解为各种简正振动的线性组合，所谓简正振动就是指分子中各原子以同一频率、同一相位在平衡位置附近作简揩振动。含N个原子的非线分子有3N-6个简正振动方式；线性分子有3N－5种简正振动方式。 对于分子的转动而言，往往可以假定分子为刚性转子，则其转动能量Er为： 红外光谱分析概述（中）

高光谱遥感技术的介绍及应用

高光谱遥感技术的介绍及应用． 高光谱遥感技术的介绍及应用 在20世纪，人类的一大进步是实现了太空对地观测，即可以从空中和太空对人 类赖以生存的地球通过非接触传感器的遥感进行观测。最近几十年，随着空间技术、计算机技术、传感器技术等与遥感密切相关学科技术的飞速发展，

遥感正在进入一个以高光谱遥感技术、微波遥感技术为主要标志的时代。本文 简要介绍了高光谱遥感技术的特点、发展状况及其在一些领域的应用。 1 高光谱遥感简介 1.1高光谱遥感概念 所谓高光谱遥感，即高光谱分辨率遥感，指利用很多很窄的电磁波波段（通常 <10nm）从感兴趣的物体获取有关数据；与之相对的则是传统的宽光谱遥感，通常>100nm，且波段并不连续。高光谱图像是由成像光谱仪获取的，成像光谱仪 为每个像元提供数十至数百个窄波段光谱信息，产生一条完整而连续的光谱曲线。它使本来在宽波段遥感中不可探测的物质，在高光谱中能被探测。 高光谱遥感技术是近些年来迅速发展起来的一种全新遥感技术，它是集探测器技术、精密光学机械、微弱信号检测、计算机技术、信息处理技术于一体的综合性技术。在成像过程中，它利用成像光谱仪以纳米级的光谱分辨率，以几十或几百个波段同时对地表地物像，能够获得地物的连续光谱信息，实现了地物空间信息、辐射信息、光谱信息的同步获取，因而在相关领域具有巨大的应用价值和广阔的发展前景。 1.2高光谱遥感数据的特点

同其他常用的遥感手段相比 ,成像光谱仪获得的数据具有以下特点: 1）、多波段、波段宽度窄、光谱分辨率高。波段宽度 < 10 nm ，波段数较多光谱遥感(由几个离散的波段组成)大大增多，在可见光和近红外波段可达几十到几百个。如 AVIRIS在 0. 4～214 波段范围内提供了224 个波段。研究表明许多这是传统的多光谱等。40 nm～20地物的吸收特征在吸收峰深度一半处 的宽度为 遥感技术所不能分辨的(多光谱遥感波段宽度在 100～200 nm 之间)，而高光 谱遥感甚至光谱分辨率更高的超光谱遥感却能对地物的吸收光谱特征进行很好的识别，这使得过去以定性、半定量的遥感向定量遥感发展的进程被大大加快。另外，在成像高光谱遥感中，以波长为横轴，灰度值为纵轴建立坐标系，可以 使高光谱图像中的每一个像元在各通道的灰度值都能产生一条完整、连续的光谱曲线，即所谓的“谱像合一”，它是高光谱成像技术的一大特点。 2）、由于波段众多，波段窄且连续，相邻波段具有很高的相关性，使得高光数据

近红外光谱分析及其应用简介

近红外光谱分析及其应用简介 1、近红外光谱分析及其在国际、国内分析领域的定位 近红外光谱分析是将近红外谱区（800-2500nm）的光谱测量技术、化学计量学技术、计算机技术与基础测试技术交叉结合的现代分析技术，主要用于复杂样品的直接快速分析。近红外分析复杂样品时，通常首先需要将样品的近红外光谱与样品的结构、组成或性质等测量参数（用标准或认可的参比方法测得的），采用化学计量学技术加以关联，建立待测量的校正模型；然后通过对未知样品光谱的测定并应用已经建立的校正模型，来快速预测样品待测量。 近红外光谱分析技术自上世纪60年代开始首先在农业领域应用，随着化学计量学与计算机技术的发展，80年代以来逐步受到光谱分析学家的重视，该项技术逐渐成熟，90年代国际匹茨堡会议与我国的BCEIA等重要分析专业会议均先后把近红外光谱分析与紫外、红外光谱分析等技术并列，作为一种独立的分析方法；2000年PITTCON 会议上近红外光谱方法是所有光谱法中最受重视的一类方法，这种分析方法已经成为ICC（International Association for Cereal Science and Technology国际谷物科技协会）、AOAC(American Association of Official Analytical Chemists美国公职化学家协会)、AACC（American Association of Cereal Chemists美国谷物化学家协会）等行业协会的标准；各发达国家药典如USP(United States Pharmacopoeia美国药典)均收入了近红外光谱方法；我国2005年版的药典也将该方法收入。在应用方面近红外光谱分析技术已扩展到石油化工、医药、生物化学、烟草、纺织品等领域。发达国家已经将近红外方法做为质量控制、品质分析和在线分析等快速、无损分析的主要手段。 我国对近红外光谱技术的研究及应用起步较晚，上世纪70年代开始，进行了近红外光谱分析的基础与应用研究，到了90年代，石化、农业、烟草等领域开始大量应用近红外光谱分析技术，但主要是依靠国外大型分析仪器生产商的进口仪器。目前国内能够提供完整近红外光

高光谱遥感复习总结

1.高光谱分辨率遥感:用很窄（0.01波长）而连续的光谱通道对地物持续遥感成像的技术。在可见光、近红外、短波红外和热红外波段其光谱分辨率高达纳米(nm)数量级，通常具有波段多的特点，光谱通道数多达数十甚至数百个以上，而且各光谱通道间往往是连续的。 2.高光谱遥感特点：波段多,数据量大；光谱范围窄(高光谱分辨率)；在成像范围内连续成像；信息冗余增加 3. 高光谱遥感的发展趋势（1）遥感信息定量化（2）“定性”、“定位”一体化快速遥感技术 4.光谱特征的产生机理：在绝对温度为0K以上时，所有物体都会发射电磁辐射，也会吸收、反射其他物体发射的辐射。高光谱遥感准确记录电磁波与物质间的这种作用随波长大小的变化，通过反映出的作用差异，提供丰富的地物信息，这种信息是由地物的宏观特性和微观特性共同决定的。宏观特性:分布、粗糙度、混杂微观特性:物质结构 6.典型地物反射：水体的反射主要在蓝绿光波段，其他波段吸收都很强，特别到了近红外波段，吸收就更强，所以水体在遥感影像上常呈黑色。 植被的反射波谱特征：①可见光波段有一个小的反射峰，位置在0.55um处，两侧 0.45um(蓝)和0.67um(红)则有两个吸收带。这一特征是叶绿素的影响。②在近红外波段(0.7-0.8um)有一反射的“陡坡”（被称为“红边”)，至1.1um附近有一“峰值”，形成植被的独有特征。这一特征由于植被结构引起。③在中红外波段(1.3-2.5um) ，反射率大大下降，特别以1.45um和1.95um为中心是水的吸收带，形成低谷。 土壤:由于土壤反射波谱曲线呈比较平滑的特征，所以在不同光谱段的遥感影像上，土壤的亮度区别不明显.自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值，一般来讲土质越细反射率越高，有机质含量越高和含水量越高反射率越低，此外土类和肥力也会对反射率产生影响。 6.野外光谱测量的影响因素（1）大气透射率（2）水蒸气3）风（4）观测几何 7.地面光谱的测量方法：实验室测量，野外测量 8.垂直与野外测量的区别:垂直测量：为使所有数据能与航空、航天传感器所获得的数据进行比较，一般情况下测量仪器均用垂直向下测量的方法，以便与多数传感器采集数据的方向一致。由于实地情况非常复杂，测量时常将周围环境的变化忽略，认为实际目标与标准板的测量值之比就是反射率之比。 野外测量（非垂直测量）：在野外更精确的测量是测量不同角度的方向反射比因子。 凝视时间：探测器的瞬时视场角扫过地面分辨单元的时间称为凝视时间（dwell time）。探测器的凝视时间在数值上等于行扫描时间除以每行的像元个数。凝视时间越长，进入探测器的能量越多，光谱响应越强，图像信噪比越高。 光谱图像立方体：空间平面：O-XY平面；线光谱平面：O-XZ，O-YZ平面 9.高光谱遥感图像数据表达：A.光谱图像立方体 B.二维光谱曲线 C. 三维光谱曲面 10.空间成像方式：（1）摆扫型成像光谱仪：定义：它由光机左右摆扫和飞行平台向前运动完成二维空间成像，其线列探测器完成每个瞬时视场像元的光谱维获取。原理：45斜面的扫描镜，电机进行360旋转，旋转水平轴与遥感平台前进方向平行，扫描镜扫描运动方向与遥感平台运动方向垂直，光学分光系统形成色散光源再汇集到探测器上，这样成像光谱仪所获取的图像就具有了两方面的特性：光谱分辨率与空间分辨率。 （2）推扫型成像光谱仪：定义：采用一个面阵探测器，其垂直于运动方向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。它的空间扫描方向就是遥感平台运动方向。原理：垂直于运动方向完成空间维扫描，平行于运动方向完成光谱维扫描。 （3）两者的优缺点：摆扫型成像光谱仪的优点：A.FOV 大；B.探测元件定标方便，数据稳

近红外光谱技术在药物分析中的应用

近红外光谱技术在药物分析中的应用 1·前言 近红外光谱分析技术是分析化学领域迅猛发展的高新分析技术，越来越引起国内外分析专家的注目，在分析化学领域被誉为分析“巨人”，它的出现可以说带来了又一次分析技术的革命。 近红外（NIR）谱区是人类认识最早的非可见光谱区，波长范围在0.75—2.5 m之间，用波数表示时则在13330—4000cm-1之间。由于近红外的吸收谱带复杂，谱峰重叠，信号弱，在分析上难以应用，长期以来没有受到人们的重视。近十多年来，随着近红外仪器的改良，新的光谱理论和光度分析方法的建立，特别是计算机技术和化学计量学的广泛应用和迅速发展，使近红外光谱技术成为目前发展最快、最引人注目的分析技术，并以其简单快速、实时在线、无损伤无污染分析等特点，在复杂物质的分析上得到广泛应用。在包括制糖和制药的许多与化学分析和品质管理有关的行业中的应用前景极其广阔。 关于近红外光谱技术在制药行业中应用的文献报道越来越多，显示了近红外光谱技术在制药领域中越来越受到人们的重视。近红外光谱分析具有的快速实时、操作简单、无损伤测定、不受样品状态影响的特点很符合药物分析的要求。因此，在制药业中原料药的分析、药物制剂中水分、有效成分的分析、药物生产品质的过程控制等方面近红外光谱技术得到了十分广泛的应用。 2·光谱介绍 近红外光是介于可见光和中红外光之间的电磁波，根据ASTM（美国试验和材料检测协会）定义是指波长在780～2526nm范围内的电

磁波，习惯上又将近红外区划分为近红外短波（780~1100nm）和近红外长波（1100~2526nm）两个区域。 近红外光谱属于分子振动光谱的倍频和主频吸收光谱，主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的，具有较强的穿透能力。近红外光主要是对含氢基团X－H（X=C、N、O）振动的倍频和合频吸收，其中包含了大多数类型有机化合物的组成和分子结构的信息。由于不同的有机物含有不同的基团，不同的基团有不同的能级，不同的基团和同一基团在不同物理化学环境中对近红外光的吸收波长都有明显差别，且吸收系数小，发热少，因此近红外光谱可作为获取信息的一种有效的载体。近红外光照射时，频率相同的光线和基团将发生共振现象，光的能量通过分子偶极矩的变化传递给分子；而近红外光的频率和样品的振动频率不相同，该频率的红外光就不会被吸收。因此，选用连续改变频率的近红外光照射某样品时，由于试样对不同频率近红外光的选择性吸收，通过试样后的近红外光线在某些波长范围内会变弱，透射出来的红外光线就携带有机物组分和结构的信息。通过检测器分析透射或反射光线的光密度，就可以确定该组分的含量。 3·近红外光谱技术在制药业中的应用 3·1 原料和活性组分的测定 药物加工过程中第一步就是原料的鉴定，其质量的好坏直接决定后续加工过程的成败于否，而同一类型的原料中多变因素主要是湿度和颗粒大小，近红外光谱在湿度测定中的灵敏度及其适于固体表面的表征的特性，使他能够很快地得到样品的湿度和颗粒大小的信息，然

气溶胶光学厚度的高光谱遥感反演及其环境效应

气溶胶光学厚度的高光谱遥感反演及其环境效应 【摘要】：气溶胶是研究全球气候变化和大气污染的重要参数，也是进行定量遥感必须获得的参数。本文针对人口密集、工业化程度高的城市区域范围，探索高光谱数据遥感反演气溶胶光学厚度的方法，应用中科院上海技术物理研究所自行研制的模块化成像光谱仪(OMIS)，结合MODIS卫星资料和地面太阳光度计监测，试图形成“星载—机载—地面”三个高度立体遥测，实现城市气溶胶光学厚度的反演，并进一步研究其环境效应。具体工作及结果如下：1)比较分析各种气溶胶光学厚度遥感反演方法的适用性和局限性，并介绍了太阳光度计地基遥测原理。2)分别介绍了MODIS、OMIS和地基高光谱数据的特点及数据预处理过程、分析典型地物的光谱特征。3)采用高反差地表法，对2002年10月7日的机载OMIS高光谱数据，进行了气溶胶光学厚度反演的尝试性试验，给出了初步的反演结果，在502-590nm波段处的气溶胶光学厚度值在0.175-0.314之间。反演结果符合当天的空气质量状况，与能见度进行比较，以证明反演结果的正确性，说明利用高光谱、高空间分辨率的机载遥感数据可以反演城市气溶胶光学厚度。4)进行大气辐射传输模型的模拟与分析，利用MODIS红、蓝通道数据分析地表反射率、气溶胶类型、气溶胶组份、水汽、臭氧等因素对气溶胶反演的影响；建立了表观反射率—地表反射率—气溶胶光学厚度之间的查算表，结合城市地表特点，探索基于MODIS数据的双目标对比法进行气溶胶光学厚度的反演。5)利用地

面站点能见度和卫星遥感的气溶胶光学厚度资料，建立了一个二者之间季节平均的简单关系，得到上海地区各季的气溶胶标高在春季、夏季、秋季和冬季分别为：1251m，1957m，791.7m和776.4m；并利用标高数据和气溶胶光学厚度的季节分布，反演上海地区区域能见度的季节平均分布，证实上海城区在冬春季平均能见度较差，市区中心能见度在10km以下；低能见度中心分布明显，且主要分布在杨浦、桃浦、吴淞等工业区范围。6)利用MODIS气溶胶产品及太阳光度计实测数据，分析上海及周边地区气溶胶光学厚度的时空变化特征；将MODIS气溶胶产品与地面污染资料、气象资料进行比较分析，发现AOD与PM_(10)的相关性最好，出现AOD大值的日子里相对湿度大，风速较低，能见度低，大气相对比较稳定，不利于污染物的稀释扩散。 7)通过因子分析，选取公因子F1(污染因子)、F2(温度气压因子)、F3(湿度和辐射因子)、F4(风速因子)、F5(气溶胶光学厚度)作为评价大气污染程度的主要影响因子，以MODIS遥感的气溶胶产品作为衡量大气浑浊度和气溶胶污染等级划分的指标，将气溶胶污染划分为：弱、较弱、中等、较强、强五级。【关键词】：气溶胶光学厚度(AOD)模块化成像光谱仪(OMIS)中分辨率成像光谱仪(MODIS)太阳光度计 【学位授予单位】：华东师范大学 【学位级别】：博士 【学位授予年份】：2006

高光谱遥感

高光谱遥感

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高光谱遥感的基本概念 高光谱遥感器及平台简介 高光谱遥感技术 高光谱应用概况

高光谱遥感的基本概念
? 高光谱分辨率（简称为高光谱）遥感或成像光 谱遥感技术的发展是过去二十年中人类在对地 观测方面所取得的重大技术突破之一，是当前 遥感的前沿技术。它是指利用很多很窄的电磁 波波段获取许多非常窄且光谱连续的图像数据 的技术，融合了成像技术和光谱技术，准实时 地获取研究对象的影像和每个像元的光谱分布。

国际遥感界认为光谱分辨率在10-1λ数量级范围内的为多 光谱(Multispectral)，这样的遥感器在可见光和近红外光谱区 只有几个波段，如美陆地卫星TM和法国SPOT卫星等; 光谱分 辨率在10-2λ的遥感信息称之为高光谱(Hyperspectral)遥感。由 于其光谱分辨率高达纳米(nm)数量级，往往具有波段多的特 点，即在可见到近红外光谱区其光谱通道多达数十甚至超过 100以上。随着遥感光谱分辨率的进一步提高，在达到10-3λ 时，遥感即进入了超高光谱(Ultraspectral)阶段 、
光谱区域（nm） ： 400 700 1100 2500 5500 14000
VIS VNIR
PIR
MIR
Sunlight 光谱分辨率 波段数 多光谱 高光谱 5-10 100-200 Δλ/λ 0.1 0.01 VNIR 50-100 5-20
IRT
MIR 100-200 10-50
IRT 1000-2000 100-500

高光谱实验报告三

实验三（数据处理） 姓名：郜庆科学号：2012303200109 一、实验过程（描述实验的主要步骤，列出主要方法） 【1】、回归分析 利用Excel中自带的回归分析工具对数据进行回归分析，得到结果如表所示： 回归统计 Multiple R 0.999999 R Square 0.999998 Adjusted R Square 0.999996 标准误差 1.59E-05 观测值20 方差分析 df SS MS F Significance F 回归分析7 0.001234 0.000176 695553.4 1.12E-32 残差12 3.04E-09 2.53E-10 总计19 0.001234 Coefficients 标准误差t Stat P-value Lower 95% Upper 95% 下限 95.0% 上限 95.0%

Intercept 0.000105 8.39E-05 1.249767 0.23521 -7.8E-05 0.000288 -7.8E-05 0.000288 X Variable 1 -2E-06 1.82E-06 -1.11978 0.284721 -6E-06 1.93E-06 -6E-06 1.93E-06 X Variable 2 -5.43968 0.149242 -36.4486 1.17E-13 -5.76485 -5.1145 -5.76485 -5.1145 X Variable 3 30.00856 0.835847 35.90199 1.39E-13 28.18741 31.82972 28.18741 31.82972 X Variable 4 -67.1698 1.881489 -35.7003 1.49E-13 -71.2692 -63.0704 -71.2692 -63.0704 X Variable 5 77.08559 2.136489 36.08049 1.32E-13 72.43058 81.7406 72.43058 81.7406 X Variable 6 -46.8141 1.298246 -36.0595 1.32E-13 -49.6427 -43.9854 -49.6427 -43.9854 X Variable 7 13.32797 0.35499 37.54468 8.19E-14 12.55451 14.10143 12.55451 14.10143 从回归统计表中可以得到其相关系数R值为0.999999，所以表明自变量与因变量之间有很大的相关性。R平方为复决定系数，上述复相关系数R的平方。用来说明自变量解释因变量y 变差的程度，以说明因变量y的拟合效果。此案例中的复决定系数为0.99998，表明用用自变 量可解释因变量变差的99.98%，该值越大，模型拟合效果很好。调整后的复决定系数R2，该 值为0.999996，说明自变量能说明因变量y的99.99%，因变量y的0.0001%要由其他因素来 解释。 方差分析表中的Significance F（F显著性统计量）的P值为1.12E-32，明显小于显著性水平 0.05，所以说该回归方程回归效果显著，方程中至少有一个回归系数显著不为0。 在回归参数表中，可以得到各个X的回归系数和相关性等。 【2】、使用Excel的作图功能绘制冠层的光谱曲线，波长作为x轴，反射率作为y轴。

FTIR光谱拟合方法在反演气体浓度中的应用

第25卷,第10期 光谱学与光谱分析Vol 125,No 110,pp157321576 2005年10月 Spectroscopy and Spectral Analysis October ,2005　 FTIR 光谱拟合方法在反演气体浓度中的应用 朱　军1,2,刘文清1,刘建国1,高闽光1,赵雪松1,张天舒1,徐　亮1 11中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽合肥　23003121安徽大学电子科学与技术学院,安徽合肥　230039 摘　要　研究用FTIR 光谱测量系统反演气体浓度的方法,在WINDOWS 操作系统下应用非线性最小二乘 拟合算法实现了CO 气体的定量分析。在FTIR 光谱拟合中,使用HITRAN 数据库中的光谱作为校准训练集,使测量的CO 红外透过率谱与计算的参考光谱达到最佳拟合得到了该气体的浓度,反演结果的绝对准确度达到1%～5%。 主题词　红外傅里叶变换;非线性最小二乘算法;透过率谱;浓度反演中图分类号:O65713 文献标识码:A 文章编号:100020593(2005)1021573204 　 收稿日期:2004203228,修订日期:2004206226　基金项目:国家自然科学基金项目(10274080)和安徽省高校优秀中青年骨干教师项目资助　作者简介:朱　军,女,1968年生,中国科学院安徽光学精密机械研究所博士研究生 引　言 光谱拟合方法用于气体浓度反演,具有快速、可再生以及灵活方便等特点,它是基于样品池的气体分析的实用基础。另外,它在开放光路测量等不容易测量到真实的校准谱或参考谱的情况下,该方法具有很大的优越性[1]。对于采用该方法进行分析的物质种类必须有可以用的线参数,HI 2 TRAN 和其他已经开发的分子数据库 [224] 是公开可用的,在 一些校准训练集中可以采用其中的光谱。 本文采用的非线性峰值拟合方法适用于长光程开放测量或者密封池测量时的气体浓度反演。在不服从Beer 定律的情况下该方法具有独特的优势,因为光谱拟合不需要假定浓度和测量的吸收之间满足线性。首先,通过FTIR 光谱仪测量分析得到气体的透过率光谱;然后,将实测光谱与HITRAN 数据库中的计算光谱拟合,每次拟合迭代必须重新计算光谱;最终,由最佳拟合光谱可以得到气体的浓度信息。 1　基本工作原理 FTIR 测量系统如图1所示,主要由傅里叶变换红外光谱仪、计算机、红外光源和辅助光路等组成。其中,FTIR 光谱仪测量入射红外辐射的光谱辐射曲线 ;红外光源提供标准辐射源;辅助光路系统将被测气体或红外光源的辐射引入 FTIR 光谱仪。计算机采集探测器信号,并利用傅里叶变换 完成时域干涉图到频域光谱图的转换,得到被测气体的红外辐射透过率光谱,再通过光谱拟合分析计算得到实测气体的 浓度信息。 Fig 11　Schem atic diagram of FTIR measurement system 在通过实测的透过率光谱反演气体浓度的过程中,获得 拟合校准谱的方法非常关键,本文通过吸收线参数的数据库HITRAN [5,6]计算拟合校准谱。在软件中采用了标准的吸收线参数,修正并按比例转换成浓度,为计算的谱设定光程、温度和压强,将它们与压强及多普勒线型分量作卷积以提供真正的单色大气透过率光谱。然后单色光谱与仪器线形函数作卷积,仪器线形函数包括有限分辨率效应、视场的发散、切趾和谱移位。计算的光谱可以仿真光谱仪上测量的光谱,以它们作为气体浓度信息分析的训练集。根据我们给定的初始浓度通过迭代计算以达到计算的光谱与实测光谱的最佳拟合,这样就可以获得未知气体的浓度。将实测的透过率光谱减去拟合光谱可以得到剩余光谱,剩余光谱中明显存在的光谱结构可能表示其他没有预测到的分子的存在。 2　光谱拟合与误差评价 对于实测光谱的拟合采用非线性峰值拟合算法,它可以 准确地确定峰值的位置、宽度、高度和一些重叠的峰值区

高光谱遥感技术的介绍及应用

高光谱遥感技术的介绍及应用在20世纪，人类的一大进步是实现了太空对地观测，即可以从空中和太空对人类赖以生存的地球通过非接触传感器的遥感进行观测。最近几十年，随着空间技术、计算机技术、传感器技术等与遥感密切相关学科技术的飞速发展，遥感正在进入一个以高光谱遥感技术、微波遥感技术为主要标志的时代。本文简要介绍了高光谱遥感技术的特点、发展状况及其在一些领域的应用。 1 高光谱遥感简介 1.1高光谱遥感概念 所谓高光谱遥感，即高光谱分辨率遥感，指利用很多很窄的电磁波波段（通常<10nm）从感兴趣的物体获取有关数据；与之相对的则是传统的宽光谱遥感，通常>100nm，且波段并不连续。高光谱图像是由成像光谱仪获取的，成像光谱仪为每个像元提供数十至数百个窄波段光谱信息，产生一条完整而连续的光谱曲线。它使本来在宽波段遥感中不可探测的物质，在高光谱中能被探测。 高光谱遥感技术是近些年来迅速发展起来的一种全新遥感技术，它是集探测器技术、精密光学机械、微弱信号检测、计算机技术、信息处理技术于一体的综合性技术。在成像过程中，它利用成像光谱仪以纳米级的光谱分辨率，以几十或几百个波段同时对地表地物像，能够获得地物的连续光谱信息，实现了地物空间信息、辐射信息、光谱信息的同步获取，因而在相关领域具有巨大的应用价值和广阔的发展前景。 1.2高光谱遥感数据的特点 同其他常用的遥感手段相比,成像光谱仪获得的数据具有以下特点: 1）、多波段、波段宽度窄、光谱分辨率高。波段宽度< 10 nm ，波段数较多光谱遥感(由几个离散的波段组成)大大增多，在可见光和近红外波段可达几十到几百个。如A VIRIS在0. 4～214 波段范围内提供了224 个波段。研究表明许多地物的吸收特征在吸收峰深度一半处的宽度为20～40 nm。这是传统的多光谱等

高光谱遥感实验

高光谱遥感实验 实验一高光谱遥感数据 一. 分别使用AVIRIS和Hyperion数据，如何针对植被、水体等不同 地物进行假彩色合成选择合适的波段？ 根据彩色合成原理，可选择同一目标的单个多光谱数据合成一幅彩色图像，当合成图像的红绿蓝三色与三个多光谱段相吻合，这幅图像就再现了地物的彩色原理，就称为真彩色合成。 假彩色合成又称彩色合成。根据加色法或减色法，将多波段单色影像合成为假彩色影像的一种彩色增强技术。合成彩色影像常与天然色彩不同，且可任意变换，故称假彩色影像。 下面以ETM影像为例，进行真彩色合成，详细步骤如下： 1.在ERDAS IMAGINE 2010中加载ETM影像etmsubsrt.img。 图一.添加ETM影像数据

2.由ETM影像数据的基本参数中，RGB三色数据如下 故分别选取1、2、3波段作为蓝、绿、红三色进行真彩色合成，结果如下 图二.ETM影像真彩色合成 图中绿色为植被，蓝色为水体。 3.对ETM影像数据的基本参数进行分析，选取对水体、植被

有特征三个波段进行假彩色合成。因为ETM影像中波段2， 即绿色波段可用于分辨植被，波段,3，即红色波段处于叶 绿素吸收区域，可用于观测植被效果好，波段4，即近红 外波段，可以从植被中区分出水体，故分别选取波段2、3、 4作为蓝、绿、红三色进行假彩色合成。 图三.ETM影像假彩色合成 图中深蓝色为植被，浅蓝色和红色为水体。 使用AVIRIS和Hyperion数据，针对植被、水体等不同地物进行假彩色合成的步骤如上，其中，使用AVIRIS数据进行假彩色合成时选取波段50、31、20作为红绿蓝三色进行假彩色合成

项目名称Stokes光谱反演太阳矢量磁场的技术研究及-云南师范大学

项目名称：Stokes光谱反演太阳矢量磁场的技术研究及应用 主要完成人：梁红飞（云南师范大学）、高朋鑫（云南天文台）、冯雯（昆明理工大学）、陈娥（云南师范大学）、张皓晶（云南师范大学）、顾啸 马（云南天文台）、钟树华（云南天文台） 推荐单位：云南省教育厅 项目重要科学发现点、主要学术代表作、主要完成人的学术思想贡献（800字以内）： 科学发现点： 1.基于偏振辐射转移方程建立了一套快速反演太阳Stokes轮廓的技术并编写了相应程序。利用该反演技术和程序探讨Stokes轮廓与各个物理参数之间的变化关系,探索黑子内各物理参数（矢量磁场、密度、温度等）在不同光学深度上是怎样影响Stokes光谱轮廓的。我们应用该技术对云南天文台太阳Stokes 光谱望远镜的观测数据进行分析，精确测定了太阳黑子内的矢量磁场，验证了太阳黑子存在漩涡状的磁场结构。 2．在应用测量到的矢量磁场分布计算太阳黑子内的电流密度、无力因子、电流螺度及磁螺度等物理量时，我们发现测量出的磁场矢量即使存在微小的误差，应用传统的微分算法计算出活动区电流密度分布也会出现非常大的偏差，甚至导致计算出错误结果。为了解决这个问题，我们提出了应用环路计分算法取代微分算法，结果显示环路计分算法能够很好的消除误差对电流密度计算准确度的不良影响，能够获得精确的计算结果。 3．应用非偏振光谱数据研究了耀斑后环等活动体内的物质分布状况，提出了耀斑后环内物质是沿磁力线作自由滑落的运动特征。 4．精确地测定了黑子本影和半影内的大气运行波的周期和传播速度，这对理解太阳高能活动的能量传输和积累有非常重要的意义。 5．基于国内外地面观测设备和空间观测设备发布的数据，对太阳活动，特别是日冕物质抛射（CME）的整体行为演化进行研究。对CME速度、纬度及加速度的太阳活动周行为、分布进行了统计研究，得到了一些有意义的结果，对理解CME的起源和演化，以及预报有帮助。另外基于与CME紧密相关的太阳活动暗条的数据研究了高纬度太阳活动的纬度漂移，为太阳活动发电机理论提供了一定的基础。 主要学术代表作： 1. Author: Liang HF.; Ma L.; Zhao HJ.; Xiang FY; Title: Electric current density calculation and error analysis of solar active regions Pub: 2009NewA...14..294L 2. Author: Liang, H. F.; Qu, Z. Q.; Zhao, H. J.; Xiang, F. Y， Title: Correlation analysis between vector magnetograms measured by S3T and MSFC，

ERDAS遥感软件教程-高光谱图像处理实验

九、高光谱图像处理 高光谱分辨率遥感（Hyperspectral Remote Sensing），简称高光谱遥感，是在电磁波的紫外、可见光、近红外和中红外波段范围内，获取许多非常窄且光谱连续的影像数据的技术。常规遥感的波段宽度一般大于50nm，并且波段在电磁波谱上不连续，所有波段加起来并不能覆盖可见光到热红外的整个波普范围，而光谱遥感成像光谱仪可以提供数十个甚至数百个很窄的波段（波段宽度一般小于10nm）来接受信息，且能够产生一条连续完整的光谱曲线（V ane and Goetz,1933），光谱覆盖从可见光到红外光的全部电磁波范围，因此其信息量是无法探测的，而高光谱传感器极窄的波段宽度，足够识别这些地物特征。高光谱遥感凭借着其明显的技术优势，在各领域展现出广阔的应用前景。目前已广泛应用于地质矿产调查、植被研究、环境监测、土壤调查、农作物估产、大气科学等领域中。 高光谱图像具有以下特点： （1）波段多，光谱分辨率高，光谱间相关性强。 （2）空间分辨率高。高的光谱分辨率和空间分辨率是遥感技术发展的两个方向，这两个方向有趋于统一的趋势。 （3）由于波段多，狭窄且连续，使得高光谱数据量巨大、数据冗余严重。 一些常规遥感图像处理分析方法仍可用于高 光谱影像。但由于高光谱图像波段多、广谱分辨 率大、数据量大等特点，常规的遥感图像处理方 法并不完全适合高光谱图像处理，对它的处理需 要一些特殊的方法和技术。 ERDAS IMAGINE9.2提供了一个高光谱分析 工具，是高光谱数据的分析简单化、自动化。本 章主要介绍高光谱分析工具中的各个功能，这些 功能都在Interpreter图标下的Basic HyperSpectral Tools工具中（图9.1）。本例使用 的示例数据是一幅1995年美国内华达州某地的 AVIRS图像，从波段172~221，共50个波段， 文件格式为img，存放在chp\tutor\ex_hyper.img （图9.2）。 图9.1Basic HyperSpectral Tools工具

简析差分吸收光谱反演方法在环境监测系统中的应用

简析差分吸收光谱反演方法在环境监测 系统中的应用 本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！ 鉴于人们生活水平和经济实力的不断上涨带来的出行车辆的增多，国内各种烟气排放量也居高不下，空气环境质量已经成为人们口常关注重点，相关行业对环境污染源的监测也引起业内专家极大重视，不同环境测量和监测手段也如同雨后春笋纷纷涌现，而其中应用较为普遍、发展极其快速的就是差分吸收光谱法，简称DOAS。该技术最早是20世纪70年代中期德国相关环境物理研究机构提出的，随着光学分析计算和信息技术的不断发展进步，再加上全球对环境保护的口益重视，差分吸收光谱反演法运用到环境监测领域也口益广泛，如空气中二氧化硫、甲醛、氯化物、二氧化氮等等诸多有害、有毒气体中的浓度测量。通过差分吸收光谱方法能够更好监测不同波段气体分子差分吸收的不同来对气体大气浓度进行反演，从而更好地测量获取多类气体的浓度信息，可以说其在反演污染物浓度应用上面优势显著，因此差分吸收光谱反演方法在环境监测系统中有着十分重要的研究价值。

1差分吸收光谱法的原理 DOAS技术借用了Lambert Bee:的吸收定律原理，通过利用大气中污染气体对紫外线和可见光波段特征吸收光谱来监测鉴定气体分子，并根据一定原理和公式得出污染气体分子以及其浓度，因此其较为适合应用到波段有吸收特征的气体分子上，如甲苯、一氧化氮、芳香族有机苯、甲醛、二氧化硫、臭氧、二氧化氮等。通过DOAS测量监测，利用滤波去除其中波长变化缓慢的光波后就只乘」下分子窄带吸收导致的光衰减，然后根据测量信号光谱与同样处理的实验室得到的标准吸收截面参考光谱之间的拟合进行最小二乘法，通过这种反演算法就能够得出测量目标对象的浓度。这种通过不同气体分子波段之间差分吸收的不同来反演得出其浓度的技术方法就是DOAS测量反演方法在环境监测系统应用的理论基础。 2差分吸收光谱法的特点 虽然差分吸收光谱应用到环境监测系统中，其测量涉及到的仪器设备繁多，其测量步骤也略显繁琐，然而其应用特点优势也极为明显，主要有三:第一，差分吸收光谱技术能够在相同波段对多种气体分子浓度进行测量，也就是说其能够利用简单一台仪器野外进行多种大气污染物测量和浓度监测，其应用范围相当

红外光谱分析

红外光谱分析 序言 二十世纪初叶，Coblentz发表了一百多个有机化合物的红外光谱图，给有机化学家提供了鉴别未知化合物的有力手段。到四十年代红外光谱技术得到了广泛的研究和应用。当今红外光谱仪的分辨率越来越高，检测范围扩展到10000－200cm-1，样品量少至微克级。红外光谱提供的某些信息简捷可靠，检测样品中有无羰基及属于哪一类（酸酐、酯、酮或醛）是其他光谱技术难以替代的。因此，对从事有机化合物为研究对象的化学工作者来说，红外光谱学是必需熟悉和掌握的一门重要光谱知识。 一、基本原理 1、基本知识 光是一种电磁波。可根据电磁波的波长范围分成不同类型的光谱，它们各自反映出物质的不同类型的运动形式。表1列出这些电磁波的波长，其所在区域的光谱名称，以及对应的运动形式。 红外光谱研究的内容涉及的是分子运动，因此称之为分子光谱。通常红外光谱系指2-25μ之间的吸收光谱，常用的为中红外区4000-650cm-1或4000-400cm-1。 这段波长范围反映出分子中原子间的振动和变角振动，分子在振

动运动的同时还存在转动运动。在红外光谱区实际所测得的图谱是分子的振动与转动运动的加合表现，即所谓振转光谱。 每一化合物都有其特有的光谱，因此使我们有可能通过红外光谱对化合物作出鉴别。 红外光谱所用的单位波长μ，波数cm-1。光学中的一个基本公式是λυ= C，式中λ为波长，υ为频率，C为光速(3×1010cm/s)。设υ为波数，其含义是单位长度(1cm)中所含的波的个数，并应具有以下关系：波数(cm-1)＝104/波长(μ) 波长和波数都被用于表示红外光谱的吸收位置，即红外光谱图的横坐标。目前倾向于普遍采用波数为单位，而在图谱上方标以对应的波长值。红外光谱图的纵坐标反映的是吸收强度，一般以透过率(T%)表示。 2、红外光谱的几种振动形式 主要的基本可以分为两大类：伸缩振动和弯曲振动。 (1)伸缩振动(υ) 沿着键轴方向伸或缩的振动，存在对称与非对称两种类型。它的吸收频率相对在高波数区。 (2)弯曲振动(δ) 包括面内、面外弯曲振动，变角振动，摇摆振动等。它的吸收频率相对在低波数区。 4000cm-1（高）400cm-1（低） 3、红外光谱吸收峰主要的几种类型 (1)基频峰：伸缩振动，弯曲振动产生的吸收峰均为基频峰。 (2)倍频峰：出现在基频峰波数二倍处。如基频为900cm-1，倍频为 1800cm-1。 4、红外光谱吸收峰的强度

高光谱应用研究综述

浙江师范大学 研究生课程论文封面 课程名称：遥感理论与技术 开课时间： 2014-2015年第一学期 学院地理与环境科学学院学科专业自然地理学 学号2014210580 姓名张勇 学位类别全日制硕士 任课教师陈梅花 交稿日期2015年1月21日 成绩 评阅日期 评阅教师 签名 浙江师范大学研究生学院制

高光谱遥感应用研究综述 张勇 （浙江师范大学地理环境与科学学院，浙江金华321004） 摘要：高光谱遥感是近二十年发展起来的谱像和一的遥感前沿技术。虽然发展时间不长，但由于其本身的特点，使其获得了广泛的重视和应用。本文阐述了高光谱遥感的特点、优势，以及在航空及航天领域的发展情况，列举了几种典型高光谱成像仪的光学系统原理和主要技术指标。在此基础上，概述了高光谱遥感在植被生态、大气环境、地质矿产、海洋、军事等领域的应用情况。最后对高光谱遥感发展趋势提出了几点建议，包括低反射率目标遥感、高信噪比、高空间分辨率及宽覆盖范围等方面。 关键字：高光谱遥感；应用；成像光谱以；研究综述 Conclusion application of hyperspectral remote sensing Zhang Yong (Geography and environmental sciences, Zhejiang Normal University, Jinhua 321004) Abstract:Hyperspectral remote sensing, developed in the late twenty years, is the advanced technology of remote sensing. Because of its characters, Hyperspectral Remote Sensing has been attached importance to and used widly. The characteristics and advantages of hyperspectral remote sensing, and development situation are presented in the fields of aviation and aerospace. Several typical hyperspectral imager optical system principle and the main technical indicators are particularized. At the same time, the applications with hyperspectral remote sensing in vegetation ecology, atmospheric science ,geology and mineral resources, marine and military fields are summarized. The suggestions for the future development trend of hyperspectral remote sensing are given in the end，including the remote sensing of low reflectivity target, high signal-to-noise ratio, high spatial resolution and wide coverages. Keywords: hyperspectral remote sensing；application；imaging spectrometer 1 引言 遥感是20世纪60年代发展起来的对地观测综合性技术，是指应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术[1]。经过几十年的发展，无论在遥感平台、遥感传感器、还是遥感信息处理、遥感应用等方面，都获得了飞速的发展，目前遥感正进入一个以高光谱遥感技术、微波遥感技术为主的时代。本文系统地阐述了高光谱遥感技术在分析技术及应用方面的发展概况，并简要介绍了高光谱遥感技术主要航空/卫星数据的参数及特点。 1.1高光谱遥感简介 高光谱遥感技术又称为成像光谱技术，是指利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体