Hyperion高光谱数据的预处理
高光谱反演
高光谱反演一．数据预处理（1）将未定标的像元和受水汽影响的像元剔除，即辐射定标过程：分别得到可见光近红外（VNR）和短波红外（ＳＷＩＲ）的影像。
（2）图像辐射定标Hyperion获取的地物辐射值过大。
而实际地物辐射值很小。
分析时必须将像元值转换为绝对辐射值，所有VNIR波段除以40.所有SWIR波段除以80，并将两组文件合并，得到绝对辐射值图像。
a.建模如下：图一图像辐射定标模型图二图像辐射定标模型实现图b. 将两幅图合成一幅图图三两幅图合为一幅图c.得到176波段图四得到176波段图像步骤图点击如下图所示:图五176波段图（3）采集十个光谱数据图六光谱数据图（4）将光谱数据导入EXCEL表格，进行分析图七光谱分析过程图图八光谱分析结果图（5）结果分析水体在可见光波段具有较高辐射，并在绿光波段达到最高，随着波长增大，辐射减小；到近红外波段有所升高，出现峰值，各波段辐射与波长相关性不大；短波红外辐射值明显减小，在一定波长范围内变化不规律，但随着波长的不断增大，辐射值趋近于零；由图整体来看，随着波长增大，辐射减小。
二．图像监督分类（1）对只有176个波段的图像进行监督分类，分类过程如下所示：图九监督分类过程图结果图标如下所示：图十监督分类结果图（2）水的提取水的提取步骤如下：a.选定要提取的要素图十一选定要素图b.选定AOI- COPY SELECTION TO AOI –cut-save图十二过程图截取水之后的图：图十三截取水之后的结果图三．叶绿素反演叶绿素反演过程为：图十四叶绿素反演模型图十五叶绿素反演结果图三．泥沙反演（1）泥沙平均粒径的模型建立，由参考文献可得到泥沙反演方法为：其中F5有以下参考得到：（2）由以上资料，可得到泥沙反演方法为：图十四泥沙反演模型图十五泥沙反演结果图由文献选择中心波长为1215nm和2133nm与参数有较好相关，运用两者归一化来建立模型。
基于Hyperion高光谱数据的植被覆盖区岩矿蚀变信息提取
基于Hyperion高光谱数据的植被覆盖区岩矿蚀变信息提取作者：***来源：《国土资源导刊》2024年第01期关键词：高光谱数据；Hyperion：蚀变信息；光谱角匹配0引言植被覆盖区域广泛分布于全球各个地区，这些区域通常有着丰富的自然资源，如矿产资源和水资源。
然而，植被的遮盖和掩盖常常使得岩矿蚀变信息难以提取，地质勘探和资源管理工作变得复杂。
传统的遥感技术无法突破植被覆盖区获取有用的信息，但随着高光谱遥感技术的不断发展，对光谱信息的获取有着极大的突破，为克服上述困难提供了新的途径，高光谱遥感技术在岩矿蚀变信息提取中的应用逐渐受到广泛关注。
Smith等利用Landsat和Hyperion数据，提出了一种基于特征选择的岩矿蚀变信息提取方法，取得了显著的成果。
Johnson和Harris则利用高光谱数据实现了对植被覆盖区岩矿蚀变信息的精确识别，为资源勘探提供了有力支持。
此外，Li等将深度学习方法应用于高光谱数据的处理，进一步提高了岩矿蚀变信息的提取精度。
国内研究方面，李明等（2017）基于Hyperion 数据，开展了岩矿蚀变信息提取的研究，但在植被遮盖下的精度有待提高。
另外，王刚等通过充分利用高光谱数据的空间信息，取得了一定的研究进展，但需要指出的是，国内研究仍然面临着数据获取和算法改进等方面的挑战。
因此，深入研究高光谱遥感技术在植被覆盖区岩矿蚀变信息提取中的潜力，对于提高地质勘探的效率，实现资源可持续利用具有重要意义。
本文旨在探讨基于Hyperion高光谱数据的植被覆盖区岩矿蚀变信息提取方法，具体研究目标如下：通过高光谱数据预处理，开展波谱反射率反演，并结合野外测试波谱曲线，依据像元波谱匹配技术提取特定岩矿蚀变信息。
通过研究，为植被覆盖区岩矿蚀变信息的提取提供新的思路和方法，为地质勘探和资源管理等领域的决策提供更准确的数据支持。
1研究区概况与数据情况1.1研究区概况研究区位于贵州省石阡县和余庆县之间，地处云贵高原向湘西丘陵过渡的斜坡地带，地形以山地为主，其次是丘陵。
基于星载高光谱数据的遥感数据预处理
基于星载高光谱数据的遥感数据预处理摘要遥感影像的预处理是遥感数据应用的基础，预处理结果的好坏将影响图像的质量及后续的研究。
研究利用高光谱数据对穿越香格里拉县中部一景EO-1 Hyperion数据进行预处理。
预处理分别进行envi补丁下数据波组合、未定标和水汽影响波段去除、绝对辐射值转换、大气校正等处理，结果表明：图像质量提高，减少了数据运算量，为应用研究奠定了基础。
关键词EO-1；Hyperion；高光谱；遥感；大气校正遥感可以快速获取地表信息，并通过数据的传输与处理、判译分析，实现了解和研究地物的空间分布等地表特征[1]。
由于遥感系统空间、波谱、时间以及辐射分辨率的限制，会在数据获取的过程中产生误差。
这些误差降低了遥感数据的质量和精度。
因此，在图像分析和处理之前需要进行遥感原始影像的预处理，减小数据误差，提高图像质量。
选用穿越香格里拉中部的一景EO-1 Hyperion数据，着重进行绝对辐射值转换、坏线修复、大气校正、几何校正等预处理工作以及方法的阐述。
1 EO-1 Hyperion数据介绍EO-1上搭载了3种传感器，高光谱成像光谱仪Hyperion是其中之一。
Hyperion数据覆盖范围为北纬15°~55°，东经70°~140°的矩形区域。
Level 1R （Hyp-L1R）和Level 1Gst数据产品（Hyp-L1G）分别是Hyperion高光谱成像光谱仪的2种数据格式数据产品。
该数据共有242个波段，幅宽7.7 km，地面分辨率为30 m，光谱范围为400～2 500 nm，光谱分辨率达到10 nm。
虽然hyperion的L1级数据是经过一系列的处理结果得来，但实际结果仍然存在着质量问题，需要进行进一步的数据预处理，以解决图像数据误差。
2 Hyperion数据预处理原理与方法研究区位于香格里拉县中部，香格里拉地理位置处于北纬27°31′12″~28°31′12″，东经99°12′00″~100°17′24″，是滇、川以及西藏三省区交汇处，该研究区森林资源丰富。
高光谱数据预处理
高光谱数据预处理是指对从高光谱传感器获取的原始数据进行处理和优化，以提高数据质量、减少噪声和冗余信息，并为后续的数据分析和应用提供更好的基础。
以下是高光谱数据预处理的一些常见步骤：
1.数据校正：高光谱数据通常包含传感器的特定响应曲线、大气影响、太阳高度角等因素，需要进行各种校正，如大气校正、几何校正、太阳高度角校正等，以消除这些影响因素，提高数据质量。
2.数据滤波：高光谱数据可能存在噪声和冗余信息，需要进行滤波处理。
常见的滤波方法包括中值滤波、高斯滤波、小波变换等，可以根据数据的特点和应用需求选择合适的滤波方法。
3.数据增强：高光谱数据可能存在光谱分辨率不足的问题，需要进行数据增强。
常见的数据增强方法包括插值、降采样、多通道分解等，可以提高数据的空间和光谱分辨率。
4.特征提取：高光谱数据中包含丰富的光谱信息，需要进行特征提取，以便进行后续的分类、聚类、识别等分析。
常见的特征提取方法包括光谱特征提取、空间特征提取等。
5.数据归一化：高光谱数据的不同波段之间可能存在差异，需要进行数据归一化处理，以消除波段之间的差异，提高数据的可比性和稳定性。
常见的归一化方法包括最小-最大归一化、z-score标准化等。
6.数据降维：高光谱数据通常包含大量的冗余信息，可以通过数据降维方法减少数据维度，提高数据处理效率和准确性。
常见的降维方法包括主成分分析、线性判别分析等。
高光谱数据预处理是高光谱图像分析的重要步骤，可以提高数据质量、减少噪声和冗余信息，并为后续的数据分析和应用提供更好的基础。
Hyperion高光谱预处理利器Hyperion Tools V2.0
Hyperion高光谱预处理利器Hyperion Tools V2.0(2012-06-13 08:29:47)转载▼标签：分类：ENVI扩展工具hyperion处理hyperion去条带高光谱处理envi5杂谈Hyperion工具是一个免费的ENVI扩展工具，该工具是用来读取、修正和使用L1R、L1G/L1T级别的Hyperion。
设计Hyperion工具是为了方便hyperion数据的使用，其最基本的功能是把L1R HDF和L1G/L1T GeoTIFF数据转换成包含中心波长、波长半径和坏波段信息的ENVI格式文件。
对于每一个输入数据的格式还包含了一些选项功能，包括条纹噪声修复、掩膜文件生成等，在使用Hyperion 数据时将更加有用。
工具下载地址：/file/c25kvb9p工具安装方式：(一)在ENVI4.8及之前版本，把hyperion_tools.sav和hyperion_wl_fwhm_bbl.txt文件放在你的ENVI安装目录下的save_add文件夹里，然后重启ENVI。
(二)在ENVI5里面，把hyperion_tools.sav和hyperion_wl_fwhm_bbl.txt文件放在你的ENVI安装目录下Exelis\ENVI50\extensions或者Exelis\ENVI50\classic\save_add里面在ENVI4.8及之前版本，以及ENVI5.0的Classic版本里，通过File->Open External File->EO-1→Hyperion Tools进入此工具。
在ENVI5.0中，在ToolBox->Extensions中能找到这个工具。
这个工具的操作非常简单，下面介绍其基本用法和主要的功能： L1R数据点击“Input HDF”选择L1R文件。
然后点击”Output Path”为新的ENVI格式的数据选择存放文件夹。
点击“Process”进行转换处理。
高光谱数据预处理流程
高光谱数据预处理流程
高光谱数据预处理流程主要包括以下步骤：
噪声去除：由于高光谱图像数据常常受到多种噪声的干扰，如设备噪声、环境噪声等，这些噪声会影响图像的质量，因此需要采取有效的方法去除。
常用的噪声去除方法包括平滑滤波、中值滤波和小波变换等。
图像校正：由于高光谱成像仪的工作原理和环境因素的影响，常常会导致图像出现几何畸变和辐射失真等问题。
因此，需要进行图像校正，以恢复图像的几何形状和辐射特性。
常用的图像校正方法包括多项式回归、仿射变换和径向畸变校正等。
图像融合：高光谱图像数据通常由多个波段组成，这些波段之间存在一定的相关性。
为了提高图像的分辨率和信息量，可以将多个波段进行融合，从而得到一个更加丰富的图像。
常用的图像融合方法包括基于像素的融合、基于区域的融合和基于小波变换的融合等。
归一化：高光谱图像数据的量级通常很大，不同波段之间的数值范围也存在较大的差异。
为了使不同波段之间的数值具有可比性，需要进行归一化处理。
常用的归一化方法包括最大最小归一化、对数归一化和标准化等。
请注意，具体流程可能因数据类型和研究需求而有所差异。
在实际操作中，建议咨询具有相关经验和专业知识的工程师或研究人员。
另外，高光谱数据处理流程除了以上预处理步骤外，还包括显示图像波谱、选择需要的光谱波段进行输出等步骤。
具体流程可能因实际情况而有所不同，建议根据实际情况调整和优化处理流程。
基于星载高光谱数据预处理
图2坏线处理前后图像比对
Fig.2 Image comparison of Bad lines before and after
受地球固有特性因素受仪器自身特性的影响,在图像上多数波段会出现不同程度的条纹。
条纹的存在将影响图像的质量及后续的研究应用，去除垂直条纹的方法有两种分别是均值去条。
本文采用全局去条纹法，去除条纹后图像质量提升并且较好的保留
遥感影像的大气校正是预处理的重要组成部分。
图3水体对比图
Figure.3 Comparison of water chart
图4 预处理结果图
Figure.4Pretreatment results
预处理过程是遥感图像进行分类处理不可缺少的组成部分，。
Hyperion高光谱数据的预处理
段 1～7 、58～76 、225～242 。将定标波段提取出来生成一幅
198 个波段的图像 。 由于 VN IR 的波段 56～57 和 SWIR 的波段 77～78 重
叠 ,实际上只有 196 个独立的波段 ,且 SWIR 77～78 的噪音 比 VN IR 56 ～ 57 的 大 , 通 常 保 留 VN IR 56 ～ 57 , 而 删 除 SWIR 77～78 。这样 ,生成一幅 196 个波段的图像 ,其对应原 始波段为 8～57 和 79～224 。
和 L1R 产品中的 VN IR 波段与 SWIR 波段之间的空间位置 是经过纠正的 ,用户无需再进行匹配 。本研究所用数据为
L1R 产品 。
收稿日期 :2005 - 03 - 10 修订日期 :2005 - 07 - 07 基金项目 :国家 863 课题“遥感数据森林资源定量应用”(编号 :2002AA133050) 资助 。 作者简介 :谭炳香 (1966～) , 女 ,山东昌邑人 ,副研究员 ,硕士 ,主要研究领域 :林业与环境资源遥感应用 。
B IL Network ( IEEE) 800 ,427 ,520 (bytes)
Hyperion L1 产品只有一种数据格式 , 即 : Hierarchical Data Format ( HDF) , 波段存储格式为 B IL 。Hyperion L1 产 品又分为 L1A 、L1B 和 L1R 三种 。2002 年以前处理的数据 为 L1A 。L1B 产品由美国 TRW 处理而成 ,L1R 产品由美国 USGS 处理生成 。L1A 与 L1B 和 L1R 最大的不同在于 L1A 产品没有纠正 VN IR 与 SWIR 之间的空间错位问题 ,而 L1B
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图 1 EO - 1 卫星与 Landsat 7 卫星轨迹平面图
km2 。二是此数据需要编程订购 ,时间较长 。因此 ,在国内 开展 EO - 1 Hyperion 数据的应用研究较少 。
本单位通过国际合作获取了一景 Hyperion 数据 ,本文 着重阐述了 EO - 1 Hyperion 数据的预处理内容和方法ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。
表 2 被剔除的 Hyperion 波段
Hyperion 原始波段
1～7 58～78 121～127 167～178 224～240
波长范围 (nm)
355～416 936～923 1 356～1 426 1 820～1 931 2 395～2 577
表 3 保留的 Hyperion 波段
Hyperion 原始波段
3 Hyperion 数据预处理
Hyperion 数据预处理流程见图 2 ,预处理后得到 Hyperi2
on 反射率图像 。
3. 1 非正常像元的分类
Hyperion 图像上非正常像
元大致分为 5 类 : ①像元值为
零的波段 ,称未定标波段 ; ②一
行或一列像元 DN 值为零或非
常小的 ,称为坏线 ; ③像元 DN
段 1～7 、58～76 、225～242 。将定标波段提取出来生成一幅
198 个波段的图像 。 由于 VN IR 的波段 56～57 和 SWIR 的波段 77～78 重
叠 ,实际上只有 196 个独立的波段 ,且 SWIR 77～78 的噪音 比 VN IR 56 ～ 57 的 大 , 通 常 保 留 VN IR 56 ～ 57 , 而 删 除 SWIR 77～78 。这样 ,生成一幅 196 个波段的图像 ,其对应原 始波段为 8～57 和 79～224 。
遥感信息 应用技术 2005. 6
EO - 1 Hyperion 高光谱数据的预处理
谭炳香 ,李增元 ,陈尔学 ,庞勇
(中国林科院资源信息所 ,北京 100091)
摘要 :针对 EO - 1 Hyperion 高光谱遥感数据的特点 ,在图像质量检查的基础上 ,对 Hyperion 图像进行了未定标和受水汽 影响波段的去除 、坏线修复 、条纹去除 、Smile 效应降低 、大气纠正等预处理 ,获得了较好质量的图像 ,为图像的进一步分析和 实际应用提供了保障 。结果表明图像大气纠正后光谱优化处理能进一步提高图像的质量 。
在分析应用 Hyperion 数据时 ,必须将像元值转换为绝对 辐射值 。首先 ,所有 VN IR 波段除以 40 ,生成一个新图像文 件 ,所有 SWIR 波段除以 80 ,生成另一个新图像文件 ;然后 , 将两个图像文件合并 ,得到绝对辐射值图像 。
3. 2. 3 坏线的修复 由于传感器的标定还存在一定的错误 ,在 Hyperion 的 L1 级产品中 ,仍然存在不正常的数据 。通常将无数据或数 据值非常小的一行或一列成为坏线 。对 176 个波段的 Hype2 rion 图像进行逐波段的检查 ,并记录有坏线存在的波段和对 应的列号 ,检查结果见表 4 。然后 ,用其相邻行或列的平均值 修复 ,坏线修复前后的图像比较见图 3 。 3. 2. 4 垂直条纹的去除 Hyperion 传感器是推扫型成像光谱仪 ,面阵 CCD 器件 上的上万个探测元件的标定很困难 ,致使 Hyperion 图像除了 坏线之外 ,多数波段都不同程度地存在许多条纹 ,尤其 SWIR 波段 。条纹的像元 DN 值一般较小 ,但不为零 。条纹的存在
值较小但不为零的 、与周围有
明显差异的带状现象 ,称条纹 ;
④由于光谱定标而产生的光谱
差异 ,称为“Smile”效应 ; ⑤水汽
影响严重 ,噪音大的波段 ,称水
汽影响波段 。
Hyperion 图像上非正常像
元产生的因素很多 ,可能有传
感器问题 、数据转换过程出错 、
不适当的数据纠正等原因 。T.
Han 等[5 ] 人 曾 对 Hyperion 的
关键词 :高光谱 ;遥感 ; EO - 1 ; Hyperion ;大气纠正 中图分类号 : P237. 3 文献标识码 : A 文章编号 : 1000 - 3177 (2005) 82 - 0036 - 06
1 引 言
EO - 1 ( Eart h Observing - 1 ) 是美国 NASA 面向 21 世 纪为接替 Landsat 7 而研制的一新型地球观测卫星 ,于 2000 年 11 月 21 日发射升空 。EO - 1 卫星轨道与 Landsat 7 基本 相同 ,为太阳同步轨道 ,轨道高度为 705km ,倾角 98. 7°,与 Landsat 7 相隔 50km ,比 Landsat 7 差一分钟过赤道 。EO - 1 上搭载 了 3 种 传 感 器 , 即 高 级 陆 地 成 像 仪 AL I ( Advanced Land Imager) 、大气校正仪 AC(Atmosp heric Corrector) 和高光 谱成像光谱仪 Hyperion 。图 1 为 EO - 1 卫星与 Landsat 7 卫 星轨迹平面图[1～2 ] , EO - 1 Hyperion 是第一个星载民用成像 光谱仪 ,其应用状况得到了美国 NASA 的高度重视 ,分别成 立了不同领域的 EO - 1 Hyperion 研究科学小组 。由于 EO 1 Hyperion 数据是非商业性的 ,虽然对全世界开放 ,但获取 EO - 1 Hyperion 数据并不容易 。一是其性能价格比较高 ,每 景 Hyperion 2 000美金 (180km ×7. 5km) ,相当于 1. 48 美金/
Hyperion L1 产品从 L0 数据经过一系列处理生成 ,包括 斑点去除 、回波纠正 、背景去除 、辐射纠正 、坏像元恢复以及 图像质量检查等过程 。一旦 L1 数据集生成 ,应该不再有坏 像元或条纹等误差存在 。但是 ,实际上不正常的像元仍然存 在 ,在进行图像应用之前 ,必须将不正常的像元识别出来并 加以纠正[5 ] 。
B IL Network ( IEEE) 800 ,427 ,520 (bytes)
Hyperion L1 产品只有一种数据格式 , 即 : Hierarchical Data Format ( HDF) , 波段存储格式为 B IL 。Hyperion L1 产 品又分为 L1A 、L1B 和 L1R 三种 。2002 年以前处理的数据 为 L1A 。L1B 产品由美国 TRW 处理而成 ,L1R 产品由美国 USGS 处理生成 。L1A 与 L1B 和 L1R 最大的不同在于 L1A 产品没有纠正 VN IR 与 SWIR 之间的空间错位问题 ,而 L1B
2 Hyperion 数据产品
Hyperion 是以推扫方式获取可见光 - 近红外 ( VN IR , 400～1 000nm) 和短波红外 ( SWIR ,900～2 500nm) 光谱数 据 。Hyperion 产品分两级 : Level0 和 Level1 ,L0 是原始数 据 ,仅用来生产成 L1 产品 。用户所使用的是 L1 产品 ,其特 性见表 1[4 ] 。
8～57 79～120 128～166 179～223 总计 :176
波长范围 (nm)
426～926 933～1 346 1 427～1 810 1 942～2 385
3. 2. 2 像元值到绝对辐射值的转换 Hyperion 的 L1 产品数据集 ,以有符号的整型数据记录 ,
数值范围为 - 32 767～ + 32 767 。但是 ,实际上的地物辐射 值很小 ,VN IR 的最大辐射为 750 W/ m2/ sr/μm , SWIR 的为 350 W/ m2/ sr/μm 。因 此 , 产 品 生 成 时 , 采 用 了 扩 大 因 子 , VN IR 和 SWIR 的因子系数分别为 40 和 80[4 ] 。
表 1 Hyperion L1 产品的特性说明
波长
356～2 577 (nm)
波段数 像元大小 图像大小 VN IR 波段 SWIR 波段 数据类型 像元格式
Byte Order 文件大小
242 30 ( m) 256 ×6460 1 ～70 ( 356～1 058nm) 71 ～ 242 (852～2 577nm) 2 位有符号整型
VN IR 和 SWIR 分 别 由 两 个 传 感 器 获 取 数 据 , 因 此 , 面 阵
CCD 器件上的上万个探测元件的定标很困难 。
3. 2 非正常像元的纠正
3. 2. 1 未标定及水气影响波段的去除
Hyperion 图像的 242 波段中 ,辐射定标的波段为 VN IR
8～57 , SWIR 77～224 ,没有定标的波段置为 0 值 ,它们是波
37
遥感信息 应用技术 2005. 6
严重影响了图像的质量和图像的应用 。在上述处理后保留 的 176 个波段中 ,有不同程度条纹的波段达近百个 。Hyperi2 on 的 VRIN 波段条纹较重 、清楚 ,且较少 ; SWIR 波段条纹较 轻 、隐约 ,且较多 。图 4 为波段 VN IR57 和 SWIR100 的原始 图像 ,从中可明显地看到条纹的分布 。
表 4 Hyperion 图像坏线的检查结果
波段号
列号