高光谱预处理实验指导书
光谱作业指导书
光谱作业指导书一、引言光谱是研究物质结构和性质的重要手段之一，广泛应用于化学、物理、生物等领域。
本指导书旨在为光谱作业提供详细的操作步骤和相关知识，帮助学生掌握光谱技术的基本原理和实验方法。
二、实验目的1. 了解光谱的基本概念和分类；2. 掌握常见的光谱仪器的使用方法；3. 学习光谱数据的分析和解读。
三、实验仪器和材料1. 分光光度计：型号XYZ-123；2. 标准溶液：A溶液、B溶液、C溶液；3. 试剂：甲醇、硫酸等。
四、实验步骤1. 准备工作a. 检查仪器是否正常工作，如有故障及时修理或更换；b. 清洗光学元件，确保无污染；c. 校准仪器，确保测量结果准确可靠。
2. 光谱测量a. 打开分光光度计电源，待仪器预热后进行测量；b. 调节仪器参数，如波长、积分时间等，根据实验要求进行设置；c. 使用甲醇进行基线校正，确保测量结果准确；d. 分别加入A溶液、B溶液和C溶液，记录吸光度数据；e. 绘制吸光度-波长曲线，进行光谱数据分析。
3. 数据处理和分析a. 对测得的吸光度数据进行平滑处理，排除噪声干扰；b. 计算各样品的最大吸光度和波长；c. 利用光谱数据，分析样品的组成、结构和性质。
五、实验安全注意事项1. 使用化学试剂时，注意防护措施，如佩戴手套、护目镜等；2. 遵守实验室规章制度，注意实验室卫生和安全；3. 注意仪器操作规范，避免损坏仪器和发生意外事故。
六、实验结果与讨论根据实验数据和分析结果，可以得出以下结论：1. A溶液的光谱图显示吸收峰位于400 nm附近，推测其主要成分为某种有机化合物；2. B溶液的光谱图显示吸收峰位于600 nm附近，推测其主要成分为某种无机物；3. C溶液的光谱图显示吸收峰位于800 nm附近，推测其主要成分为某种混合物。
七、实验结论通过本次实验，我们掌握了光谱的基本原理和实验方法，并成功测量了A、B、C三种溶液的光谱数据。
通过对光谱数据的分析，我们初步推测了各溶液的成分和性质。
Hyperion高光谱数据的预处理
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
《ENVI》实验指导
《ENVI》实验指导书ENVI快速入门一、软件概况介绍：ENVI（The Environment for Visualizing Images）遥感影像处理软件是由美国著名的遥感科学家用IDL开发的一套功能齐全的遥感影像处理软件，它是处理、分析并显示多光谱数据、高光谱数据和雷达数据的高级工具。
曾获2000、2001年美国权威机构NIMA遥感软件测评第一。
ENVI的应用领域包括：地质、林业、农业、模式识别、军事、自然资源勘探、海洋资源管理、环境和土地利用管理等。
二、ENVI的安装1、ENVI永久许可1)ENVI浮动license：服务器版，多个用户可以同时访问一个服务器，服务器需要安装license，客户端不需要安装license，但是需要进行设置。
2)ENVI加密狗：加密狗也需要license安装，但是有灵活、不依赖网卡的特点。
3)ENVI网卡加密：利用网卡号的唯一性进行加密，如果更换机器时，需要将原来的网卡拔下重新安装在新机器上。
2、ENVI临时许可三、目录结构介绍一般情况下ENVI安装在RSI文件夹下，完全版本包括IDL60、License等文件夹，ENVI的所有文件及文件夹保存在IDL60\products\ENVI40下。
✧Bin：相应的ENVI运行目录。
✧Data：数据目录，保存一矢量文件夹（一些矢量数据）和一些例子数据（有些数据有头文件，有些数据没有头文件）。
✧Flt_func：ENVI常规传感器的光谱库文件。
例如：aster、modis、spot、tm等。
✧Help：ENVI的帮助文档。
✧Lib：IDL生成的可编译的程序，用于二次开发。
✧Map_proj：影像的投影信息，文本格式，客户可以进行定制。
✧Menu：ENVI菜单文件，可以进行中、英文菜单互换。
并不是所有的英文菜单都已经汉化，汉化工作我们正在做，以后会陆续推出。
✧Save：应用IDL可视化语言编译好的、可执行的ENVI程序。
高光谱预处理方法
高光谱预处理方法嘿，咱今儿就来说说高光谱预处理方法。
这玩意儿啊，就好比是给高光谱数据来一场精心的打扮，让它能以最美的姿态展现在我们面前。
你想想看，高光谱数据就像是一个有点乱糟糟的大杂烩，里面啥都有。
有各种干扰信号啦，噪声啦，乱七八糟的。
那我们要怎么把它整理清楚呢？这就用到我们的预处理方法啦！比如说，我们得给它来个“洗澡”，把那些不必要的杂质、噪声啥的给洗掉，让数据变得干净清爽。
这就像是我们洗脸一样，把脸上的灰尘啊、脏东西啊都洗掉，才能露出我们干净的脸蛋呀。
还有呢，我们要对它进行一些调整，让它更符合我们的要求。
比如说，让数据的强度啊、对比度啊啥的更合适，就像我们给照片调个色，让它看起来更漂亮、更吸引人。
那具体有哪些预处理方法呢？比如说归一化，这就好比是把高光谱数据都放在一个标准的框框里，让它们都能有个比较的基准。
还有平滑处理，就像给数据磨了个皮，让它变得更光滑、更细腻。
再说说去噪，这可太重要啦！就像我们要把耳边那些嗡嗡响的蚊子赶走一样，把那些讨厌的噪声都去掉，让数据更清晰、更准确。
咱可别小瞧了这些预处理方法啊，它们就像是高光谱数据的美容师、造型师，能让数据变得更有价值，更能为我们所用。
没有它们，那高光谱数据可能就像是一个蓬头垢面的人，谁还愿意去仔细研究它呢？而且啊，不同的应用场景可能需要不同的预处理方法呢。
就好像不同的人适合不同的发型和妆容一样，得根据具体情况来选择合适的方法。
你说要是不进行预处理，那会咋样？那数据可能就乱七八糟的，根本没法用嘛！那我们之前的努力不都白费啦？所以啊，高光谱预处理方法真的是太重要啦！咱可得好好掌握这些方法，让高光谱数据发挥出它最大的作用。
别嫌麻烦，想想看，要是能通过这些预处理让我们得到更准确、更有用的信息，那不是很值得吗？咱就踏踏实实地做好每一步，让高光谱数据在我们的手中变得闪闪发光！怎么样，现在是不是对高光谱预处理方法有了更深的认识啦？。
机载高光谱数据预处理技术研究报告
项目编号：机载高光谱数据预处理技术研究报告南京理工大学模式识别与图像处理教研室二○一○年十二月二十一日目录前言 (3)1 大气辐射传输机理及模型研究 (4)1.1大气辐射传输机理 (4)1.1.1大气吸收作用 (5)1.1.2大气散射作用 (12)1.1.3大气反射和折射作用 (12)1.2典型大气辐射传输模型研究 (13)1.2.1 LOWTRAN (13)1.2.2 MODTRAN辐射传输模型 (14)1.2.3 5S模型 (16)1.2.4 6S模型 (16)1.2.5 6SV模型 (18)1.2.6 基于6SV的大气校正机理 (19)1.3影响大气辐射传输模型计算结果的主要因素 (22)1.3.1 大气参数的影响 (22)1.3.2 地表特性假设 (23)1.3.3 大气辐射传输理论的选择 (24)2 典型大气校正方法及光谱反演模型研究 (26)2.1不变目标法 (27)2.2直方图匹配法 (27)2.3参考值大气校正法 (28)2.4基于地面线性回归经验模型法 (28)2.5大气阻抗植被指数法 (28)2.6黑暗像元法 (29)2.7基于大气辐射传输模型的大气校正方法 (31)2.8综合大气校正方法 (33)2.9高光谱遥感图像的大气校正 (33)3 基于6SV的机载高光谱图像快速大气校正方法 (35)3.1辐射定标及辐射校正 (36)3.2大气模式 (37)3.3气溶胶光学厚度反演 (37)3.4大气水汽含量反演 (40)3.5光谱响应 (41)3.6辐射传输方程求解及像素级校正 (42)总结 (44)参考文献 (45)前言按照中国地质调查局“机载高分辨率矿物成像光谱仪研制”工作的实际需求，本单位承担“机载高光谱数据预处理技术研究”工作，通过飞行时间和大气参数，对机载高光谱数据进行大气校正，使其能够正确反映地面目标属性，以便对机载高光谱数据进行后续的定量分析、信息提取以及遥感应用。
本课题根据电磁波在大气中的辐射传输原理，研究大气的散射和吸收引起的辐射误差校正模型与算法，分析比较LOWTRAN、MODTRAN、6S、6SV等典型的大气辐射传输模型，探索适用于机载高光谱成像系统的大气辐射传输校正模型。
CHRIS／PROBA高光谱数据的预处理
理， 获得较好质量 的影像 ， 为影像 的进一步分析和实际应用提供保 障。
关键 词 ： ＨＲＩ／ ＲＯ Ａ； Ｃ Ｓ Ｐ Ｂ 高光谱 图像 ； 去条带 ； 大气校正
中图分类号 ： ７ ＴＰ ９ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ６７ ４ （０ ８０ —０ ００ １０— ９９ ２ ０ ）１０ ４—４
一
种成像 装 置 ， 成像 模 式多 ， 光谱 范 围宽 ， 分辨率 高 ，
同一地点 ５ 个不同角度成像 。这些优点不仅有利于 生 物量评 估和 生物 健 康 状 况 的监 测 ， 而且 对 于 植 被
或林 地 的冠层 结构 、 密度 、 识别 植 被或林 木种 类方 面 也很 有帮 助 。 目前 ， 世界 上约 有 ５ ６个科 学 团 队正 在 准备 使用 Ｃ Ｉ ＨＲ Ｓ数据 用 于各 种 各样 更 为 广 泛 的科 学研 究 ｌ 。但 在 国 内开展 Ｃ 】 ］ ＨＲＩ／ Ｒ Ａ 数据 应 Ｓ Ｐ ＯＢ 用 还 比较 少 ， 文 着 重 阐述 了 Ｃ 本 ＨＲＩ／ Ｒ Ａ 数 Ｓ Ｐ ＯＢ 据 的预 处理 内容 和方 法 ， 以后 的研究 、 产 和应用 为 生
维普资讯
第１ ７卷第 １ 期 ２０ ０ ８年 ２月
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ＣＨＲＩ／ ＲＯＢ 高 谱 数 据 的预 处理 ＳＰ Ａ 光
Hale Waihona Puke 欧空 局 于 ２ ０ 年 １ ０１ ０月 ２ ２日发射 的新 一代 微卫 星 ，
为太 阳同 步 轨 道 ， 道 高 度 ６ ５ｋ 倾 角 ９ ． ９ 。 轨 １ ｍ， ７８。
光谱作业指导书
光谱作业指导书一、引言光谱是研究物质性质和结构的重要手段之一，广泛应用于化学、物理、生物学等领域。
本指导书旨在匡助学生理解光谱的基本原理和操作步骤，提供相应的实验指导，以便学生能够顺利完成光谱作业。
二、光谱基础知识1. 光谱的定义光谱是指将光按照波长进行分解并记录其强度的过程。
根据波长范围的不同，光谱可分为可见光谱、紫外光谱、红外光谱等。
2. 光谱的分类根据光谱的测量方法和原理，光谱可分为吸收光谱、发射光谱和拉曼光谱等。
3. 光谱仪的构成光谱仪主要由光源、样品室、光栅、检测器和数据处理系统等组成。
光源产生光，样品室用于放置待测样品，光栅用于分散光束，检测器用于测量光强度，数据处理系统用于记录和分析数据。
三、光谱实验操作指导1. 实验前准备a. 检查光谱仪的各部件是否完好，并进行必要的校准。
b. 准备待测样品，并按照实验要求进行处理，如稀释、溶解等。
2. 光谱测量步骤a. 打开光谱仪电源，待仪器启动完成后，进行暗噪声测量。
b. 将待测样品放置于样品室中，并调整光栅的角度和入射光强度。
c. 选择合适的测量模式（吸收光谱、发射光谱等），设置波长范围和积分时间。
d. 点击开始测量按钮，记录测量数据，并保存数据文件。
3. 数据处理与分析a. 使用数据处理软件打开保存的数据文件。
b. 根据实验要求，进行光谱数据的处理，如峰位分析、吸收峰面积计算等。
c. 进行数据图表的绘制，以便更直观地展示实验结果。
d. 根据实验目的，对实验结果进行分析和讨论，并撰写实验报告。
四、光谱实验注意事项1. 安全操作在进行光谱实验时，要注意避免直接接触光源和样品，以免造成伤害。
同时，注意遵守实验室的安全规定，佩戴实验室所需的个人防护装备。
2. 仪器操作在操作光谱仪时，要轻拿轻放，避免碰撞和摔落。
调整光栅角度时，应注意不要触碰光栅表面，以免损坏。
3. 样品处理在进行光谱实验前，要对待测样品进行适当的处理，如稀释、溶解等。
同时，要避免样品受到污染，以免影响实验结果。
光谱作业指导书
光谱作业指导书一、引言光谱是研究物质结构和性质的重要手段之一，广泛应用于化学、物理、生物等领域。
本指导书旨在帮助学生理解光谱的基本原理、常见的光谱技术以及光谱数据的分析与解读方法，以提高学生在光谱实验中的实验操作能力和数据处理能力。
二、光谱的基本原理1.1 光谱的定义光谱是将物质辐射或吸收的电磁波按照波长或频率进行分解，得到一系列连续或离散的波长或频率的分布图谱。
1.2 光谱的分类光谱可分为连续光谱和离散光谱两种类型。
连续光谱是指物质发出或吸收的光在波长或频率上连续分布的光谱，如黑体辐射光谱。
离散光谱是指物质发出或吸收的光在波长或频率上呈现离散分布的光谱，如原子吸收光谱和分子振动光谱等。
1.3 光谱的测量方法常见的光谱测量方法包括吸收光谱、发射光谱和散射光谱。
吸收光谱是通过测量物质对入射光的吸收程度来获得的，常用的技术有紫外可见吸收光谱和红外吸收光谱等。
发射光谱是通过测量物质发出的光的强度和波长来获得的，常用的技术有荧光光谱和拉曼光谱等。
散射光谱是通过测量物质对入射光的散射程度来获得的，常用的技术有拉曼散射光谱和散射光谱等。
三、常见的光谱技术2.1 紫外可见吸收光谱紫外可见吸收光谱是通过测量物质对紫外可见光的吸收程度来获得的。
该技术可以用于定量分析和定性分析。
常用的仪器有分光光度计和紫外可见分光光度计等。
2.2 红外吸收光谱红外吸收光谱是通过测量物质对红外辐射的吸收程度来获得的。
该技术可以用于研究物质的结构和功能。
常用的仪器有红外光谱仪和傅里叶变换红外光谱仪等。
2.3 荧光光谱荧光光谱是通过测量物质在受激光照射下发出的荧光光的强度和波长来获得的。
该技术可以用于研究物质的结构和性质。
常用的仪器有荧光光谱仪和时间分辨荧光光谱仪等。
2.4 拉曼光谱拉曼光谱是通过测量物质对激光散射后的光的频率变化来获得的。
该技术可以用于研究物质的结构和振动信息。
常用的仪器有拉曼光谱仪和共聚焦拉曼光谱仪等。
四、光谱数据的分析与解读方法3.1 峰位和峰型分析在光谱中，峰位是指吸收、发射或散射峰的波长或频率位置，峰型是指峰的形状。
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高光谱遥感图像预处理
实验指导书
指导教师：赵泉华
一、实习目的
通过高光谱遥感图像预处理的学习，使学生在课堂教学及实验课教学的基础上进一步将理论与实践相结合，消化和理解课堂所学理论知识，达到初步掌握利用ENVI等软件预处理高光谱遥感图像，并熟悉高光谱遥感图像预处理流程与方法的目的。
二、实习方式
学生自学指导书为主，指导教师讲授为辅；
利用计算机，结合相应遥感图像及ENVI软件的具体操作进行。
三、练习数据
机载高光谱AVIRIS数据。
四、实习内容与要求
掌握高光谱遥感图像预处理的理论与方法，利用ENVI中FLAASH大气校正工具和快速大气校正工具对高光谱数据进行大气校正及快速大气校正。
实验一、高光谱FLAASH数据大气校正
实验目的：通过实验操作，掌握高光谱遥感图像FLAASH数据的大气校正的基本方法和步骤，深刻理解遥感图像大气校正的意义。
实验内容：ENVI软件中高光谱图像预处理模块下的图像大气校正。
高光谱图像的预处理主要是辐射校正，辐射校正包括传感器定标和大气校正。
辐射校正一般由数据提供商完成。
太阳辐射通过大气以某种方式入射到物体表面然后再反射回传感器，由于大气气溶胶、地形和邻近地物等影像，使得原始影像包含物体表面，大气，以及太阳的信息等信息的综合。
如果我们想要了解某一物体表面的光谱属性，我们必须将它的反射信息从大气和太阳的信息中分离出来，这就需要进行大气校正过程。
操作步骤：
1.打开文件
File→Open→CupriteAVIRISSubset.dat→打开。
2. FLAASH Atmospheric Correction Module Input Parameters设置
在Toolbox 中打开FLAASH 工具Radiometric Correction/Atmospheric Correction Module/FLAASH Atmospheric Correction→双击启动→进入FLAASH Atmospheric Correction Module Input Parameters 面板。
图1-1 FLAASH Atmospheric Correction Module Input Parameters 面板
（1）Input Radiance Image：点击Input Radiance Image→选择CupriteAVIRISSubset.dat 文件→在打开的Radiance Scale Factors 面板中，选择默认Read array of scale factors (1 per band) from ASCII file→OK→在对话框中选择AVIRIS11_gain.txt 文件→打开→在Input ASCII File 对话框中，将Scale Column改为1→OK；
图1-2 输入文本文件面板
（2）Output Reflectance File：设置输出路径和文件名，输入
C:\Temp\CupriteAVIRISSubset_ref.dat；
（3）Output Directory for FLAASH Files：设置其他文件输出目录，输入C:\Temp\；（4）Root name for FLAASH Files：输入AVIRIS_。
（5）传感器基本参数设置：
中心点经纬度Scene Center Location：DD<->DMS（如果图像有地理坐标则自动获取）；
选择传感器类型Sensor Type：Hyperspectral→AVIRIS
传感器飞行高度Sensor Altitude (km)：20
设置影像区域的平均地面高程Ground Elevation (km)：0.6
图像地面分辨率Pixel Size (m)：15.5
影像成像时间（格林威治时间）Flight Date：Aug 6, 2011，Flight Time (GMT): 19:20:00
（6）大气模型参数选择Atmospheric Model：U.S. Standard（根据成像时间和纬度信息依据下表规则选择）；
（7）水汽反演Water Retrieval：yes；
（8）水汽吸收波长Water Absorption Feature：1135；
（9）气溶胶模型Aerosol Model：Urban；
（10）气溶胶反演方法Aerosol Retrieval：2-band（K-T）；
注：初始能见度Initial Visibility 只有在气溶胶反演方法为None 时候，以及
K-T 方法在没有找到黑暗像元的情况下。
（11）其他参数按照默认设置即可。
图1-3 FLAASH基本参数设置
3.高光谱数据参数设置
在FLAASH Atmospheric Correction Module Input Parameters 面板中，单击
Hyperspectral Settings→打开高光谱设置面板→Automatic selection→OK。
图1-4 高光谱设置面板
4.高光谱高级设置
在FLAASH Atmospheric Correction Module Input Parameters 面板中，单击
Advanced Settings→打开FLLASH Advanced Settings面板→ Use Tiled Processing
（分块处理）：Tile Size设置为100，其他默认设置→OK。
5．点击Apply执行大气校正，得到FLAASH 结果。
6.处理结果浏览
点击Data Manager →选择CupriteAVIRISSubset_ref.dat右键→点击Load True
Color→关闭Data Manager；
点击Spectral Profile→查看FLAASH 大气校正结果中某点的波谱曲线。
注：得到的波谱曲线有几个地方断开了，这是由于FLAASH 会根据反射信号的
强度判断部分波段属于“Bad band”，在头文件中标识这些波段。
图1-7 FLAASH 大气校正结果中某点的波谱曲线
实验二、高光谱FLAASH数据快速大气校正
实验目的：通过实验操作，掌握高光谱遥感图像FLAASH数据的快速大气校正的基本方法和步骤，深刻理解遥感图像大气校正的意义。
实验内容：ENVI软件中高光谱图像预处理模块下的图像快速大气校正。
快速大气校正工具（QUick Atmospheric Correction，QUAC）自动从图像上收集不同物质的波谱信息，获取经验值完成高光谱的快速大气校正。
它得到结果的精度近似FLAASH 或者其他基于辐射传输模型的+/-15%。
它支持的高光谱波谱范围是(0.4~2.5μm)。
操作步骤：
1.打开文件
File→Open→CupriteReflectance.dat→打开。
2. 启动QUAC
在Tool box中，启动Radiometric Correction/Atmospheric Correction
Module/QUickAtmospheric Correction (QUAC)→在文件输入对话框中选择校正的图像文件CupriteReflectance.dat→打开。
图2.1 文件选择对话框
3.设置QUick Atmospheric Correction Parameters参数
打开QUick Atmospheric Correction Parameters面板，在Sensor Type中选择AVIRIS。
4.选择文件夹和路径输出
输入C:\Temp\CupriteAVIRISSubset_reff.dat，点击OK.
注：QUAC 大气校正的结果同样是扩大了10000倍的反射率数据。
图2-2 QUick Atmospheric Correction Parameters面板。