第2章-高光谱遥感数据获取与分析复习进程
高光谱遥感复习总结讲解
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。
高光谱遥感数据的分类与分析研究
高光谱遥感数据的分类与分析研究高光谱遥感是利用遥感技术获取地球表面光谱信息的一种方法。
相比传统的遥感图像，高光谱图像包含大量的波段信息，能够更详细地反映地物的光谱特征。
因此，在农业、林业、环境等领域中都有着广泛应用。
然而，高光谱图像数据的单个像元(spectral pixel)往往包含大量信息，需要对其进行分类与分析，以便更好地理解和利用数据。
本文将从数据预处理、特征提取及分类算法等方面进行探讨。
一、数据预处理高光谱遥感图像获取不易，数据来源也多种多样，因此其数据质量的影响也难以避免。
常见的高光谱图像预处理方法包括图像增强、谱带选择和噪声去除等。
其中，图像增强可以利用类似直方图均衡化的方法，使图像对比度更高，便于观察和处理；谱带选择则是针对图像中一个区域的不同波段信息不同的情况，选择最优波段进行分析；噪声去除则是利用相邻像元之间的相关性来消除噪声的影响，提高数据质量。
二、特征提取高光谱图像中的像元包含大量信息，如何提取其中的特征并描述其各自所代表的地物类型是分类的第一步。
常见的特征提取方法包括传统的像元反射率(spectral reflectance)、指数特征(index feature)和主成分分析(principal component analysis, PCA)等。
其中，像元反射率描述了不同波段下地物的表面反射率特征，但由于单个波段反射率上下界的存在，其描述能力受到限制。
指数特征则将多个波段特征汇总成一个指数值，虽然降低了特征维度，但是对于某些地物类型特征不明显的情况下，其分类效果有限。
PCA则是通过线性代数的方法将原始数据映射至一个低纬度空间中，使数据间相关性最小化，从而提取具有大量信息的新特征，具有较好地分类效果。
三、分类算法特征提取之后，需要进行分类算法的选择。
目前常见的分类算法包括支持向量机(support vector machine, SVM)、随机森林(random forest)、人工神经网络(artificial neural network, ANN)等。
高光谱遥感实验指导书
（2） 选择 cup95eff.int 文件，默认 Spatial Subsetting, Spectral Subsetting, 和 Masking，然后点击 OK，打开 Forward MNF Transform Parameters 的对话框；
实验内容
1、 MNF变换 cup95eff.int是本次实验使用AVIRIS的高光谱影像，已经经过消
光和大气校正。在ENVI中打开该影像，按照下列步骤进行MNF变换处 理：
（1） 从 ENVI 的主菜单按照下列之一的方式打开 MNF 的对话框
a) Transform → MNF Rotation → Forward MNF → Estimate Noise Statistics From Data
6
实验三 地物光谱测量与成像
实验目的
1、 了解地面高光谱数据获取的一般方法和测量过程 2、 了解地物光谱仪的一般工组原理 3、 理解地物光谱测量是定量遥感建模的重要内容
实验内容
1、了解野外便携式地物光谱仪的原理、使用和操作 2、使用野外便携式地物光谱仪测量典型地物（水，土，作物）的 光谱曲线
预备知识
I
实验一 高光谱遥感数据获取
实验目的
高光谱遥感数据的具有较高的光谱分辨率，每个波段的范围小 （窄波段），通常具有数十个至 200 多个窄波段。本次实验的目的是 利用 ENVI、Erdas 等软件观察 TM、AVIRIS 和 Hyperion 等遥感数据或 者实验室使用 Headwall 高光谱相机拍摄的高光谱图像数据，认识高 光谱数据的图谱合一的特点。
高光谱遥感数据分析与处理技术研究
高光谱遥感数据分析与处理技术研究第一章：引言高光谱遥感数据分析与处理技术已经成为了现代遥感工作中不可或缺的环节。
高光谱数据具有比多光谱数据更高的空间分辨率和更低的光谱分辨率，能够提供更详细和准确的地表反射信息，对于地表覆盖、土地利用、环境变化等方面的研究有着重要的作用。
本文将对高光谱遥感数据的分析与处理技术进行详细的介绍和研究。
第二章：高光谱遥感数据的获取与处理高光谱遥感数据的获取通常使用的是高光谱成像仪器，这里不再详述。
在高光谱遥感数据的处理过程中，主要分为以下几个步骤：1.数据预处理数据预处理是高光谱遥感数据处理的重要步骤。
常用的数据预处理方法包括大气校正、辐射校准、几何校正和噪声去除等。
大气校正主要是针对由于大气吸收和散射导致的高光谱遥感数据的失真进行修正；辐射校准主要是针对不同的光谱波段之间存在差异进行修正；几何校正主要是针对高光谱遥感数据的位置和方向进行精确的矫正；噪声去除则主要是针对高光谱遥感数据中存在的噪声进行处理，以便更好的提取高质量的地表反射谱线。
2.特征提取和选择高光谱遥感数据中存在大量的光谱信息，因此需要进行特征提取和选择，以便于更好的进行分类和识别。
特征提取主要是对高光谱遥感数据中的有意义的信息进行提取和筛选；特征选择则是在进行特征提取之后，进一步选择对于分类或者识别有帮助的特征，以便于提高分类和识别准确度。
3.分类和识别高光谱遥感数据分析与处理的重要目的之一是进行分类和识别。
基于高光谱遥感数据的分类和识别主要使用光谱角度法、光谱角度均值法、监督分类和非监督分类等方法。
这些方法的主要思想是依靠高光谱遥感数据的光谱特征进行分类和识别，使得对于地表物体的识别更加准确。
第三章：高光谱遥感数据在环境变化监测中的应用高光谱遥感数据在环境变化监测中的应用非常广泛。
高光谱遥感数据能够提供高质量、高可靠、高精度的地表反射信息，使得对于环境变化的研究变得更加准确和深入。
具体应用如下：1.土地利用监测高光谱遥感数据能够提供更为准确的土地利用信息，因此在土地利用监测方面具有重要的应用价值。
中国大学mooc《高光谱遥感(成都理工大学) 》满分章节测试答案
title高光谱遥感(成都理工大学) 中国大学mooc答案100分最新版content第1章概论第1章测验1、高光谱遥感是指：答案: 高光谱分辨率遥感2、下面哪项不是高光谱遥感的特点：答案: 通道不连续3、与传统多光谱遥感相比，高光谱遥感：答案: 每个像元是一条连续的光谱曲线4、植被光谱曲线的红边是指：答案: 可见光到近红外的反射率快速升高5、下列波段对地物有明显穿透作用的波段是：答案: 微波6、大气散射分为瑞利散射、米氏散射、无选择散射。
答案: 正确7、维恩位移定律表明黑体最大辐射出射度对应波长与黑体的温度成正比。
答案: 错误8、漫反射又称朗伯反射。
答案: 正确9、高光谱成像光谱仪常用的工作模式有摆扫型和推扫型。
答案: 正确10、我国的高光谱卫星有高分三号、珠海一号、资源一号等。
答案: 错误11、大气窗口是指_____较高的波段。
答案: 透射率12、水体对近红外波段的主要作用为______。
答案: 吸收13、黑体辐射定律揭示了____和辐射情况的规律答案: 温度14、维恩位移定律表明物体温度越高物体辐射出射度的峰值波长越_____。
答案: 小15、在热红外波段，利用岩石和矿物的____特性可以对一些岩石和矿物进行区别。
答案: 热辐射第1章概论高光谱遥感概述1、高光谱遥感主要通过（）识别地物。
答案: 光谱2、光谱分辨率在（）λ的遥感信息称之为高光谱遥感。
答案: 1/1003、高光谱遥感的特点：答案: 波段窄;波段多;波段连续;可成像4、高光谱遥感可应用于以下哪些方面（）。
答案: 树种识别;地质填图;作物病害程度;矿物识别5、波长范围越宽，光谱分辨率越低。
答案: 正确6、多光谱遥感的光谱分辨率高达纳米(nm)数量级，往往具有波段多的特点。
答案: 错误7、高光谱遥感借助( )，能在紫外、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。
答案: 成像光谱仪8、地球上不同的物质都有自己独特的光谱特征，物质的光谱就像人的“指纹”一样。
高光谱遥感第二章ppt课件
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
我校现有设备 Headwall
- 成像光谱仪的光谱与辐射定标技术
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
- 成像光谱信息处理技术
海量数据非失真压缩技术 高速化处理技术 辐射量的定量化和归一性 图像特征提取及三维谱像数据的可视化
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
5 成像光谱仪的空间成像方式 高光谱遥感成像包括空间维成像和光谱维成
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
1 基本概念
光谱学 成像技术
成像 光谱学
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
(1) 光谱分辨率 —指探测器在波长方向上的记录宽度，又称为
波段宽度。
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
(2) 空间分辨率—对于成像光谱仪，其空间分辨率 是由仪器的角分辨力，即仪器的瞬时视场角 （IFOV）决定的。
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
- 二元光学元件成像光谱技术
二元光学元件沿轴向色散，利用面阵CCD 探测器沿光轴方向对所需波段的成像范围进行 扫描，每一位置对应相应波长的成像区。
- 三维成像光谱技术
三维成像光谱仪是在光栅色散型成像光谱 仪的基础上改进而来的，其核心是一个像分割 器，将二维图像分割转换为长带状图像。
(3）仪器的视场角（FOV）—指仪器的扫描镜在空中 扫过的角度。
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
高光谱遥感原理与方法
高光谱遥感原理与方法
高光谱遥感是一种利用光谱信息来获取地物特征的遥感技术。
传统的遥感技术通过测量地物反射、辐射或散射的总辐射能量来获取地物信息，而高光谱遥感则可以在较短的时间内获取地物的详细光谱信息。
高光谱遥感的原理是利用遥感仪器将地球表面上被测量物体反射的电磁波信号分成很多独立的波段，称为光谱带。
每个光谱带对应于不同的波长范围，从可见光到红外波段。
对于每个光谱带，遥感仪器会记录地物对该波段的反射或辐射能量。
高光谱遥感的方法可以分为两个步骤：数据获取和数据分析。
数据获取阶段，需要利用高光谱遥感仪器对地表进行遥感观测。
高光谱遥感仪器通常由光学设备和光谱仪组成，可以捕捉地物反射的光谱信息。
数据分析阶段，利用计算机技术对获取的高光谱数据进行处理和分析。
首先，需要对原始数据进行预处理，包括大气校正、辐射校正等，以消除环境因素的影响。
然后，利用光谱特征进行地物分类和识别。
通过对高光谱数据分析，可以提取出地物的光谱特征，比如植被指数、土壤属性、水质等。
最后，可以将分析结果应用于各种领域，比如环境监测、农业管理、资源调查等。
总的来说，高光谱遥感通过光谱信息获取地物特征，具有较高
的分辨率和较强的光谱敏感性，可以提供更详细的地物信息，对于地球科学研究和自然资源管理具有重要意义。
实验一：高光遥感数据的获取及分析
实验一高光谱遥感数据获取评分姓名：石佳兴学号：20133032001031、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？方法：1.(标准)假彩色合成：根据加色法和减色法原理，选择遥感影像的某三个波段，分别赋予红、绿、蓝三种颜色，就可以合成彩色影像。
由于选择的颜色与原来遥感波段所代表的真实颜色不同，因此生成的合成色不是地物的真实颜色，这种合成叫做假彩色合成。
当遥感影像的绿波段赋蓝，红波段赋绿，近红外波段赋红时，这一合成被称为标准假彩色合成。
过程：根据方法中所述的原理，对于AVIRI遥感影像，可以分别赋予第52、31、21波段红、绿、蓝，来识别植被、水体等不同地物；对于Hyperion遥感影像，则可以分别赋予第111、31、21波段红、绿、蓝。
结果：AVIRIS 数据Hyperion 数据分析1.植被在可见光波段（0.38-0.76um）有一个小的反射峰，位置在0.55um（绿）处，在近红外波段（0.7--0.8um）有一个反射的“陡坡”，至1.1um附近有一个峰值。
根据标准假彩色的合成原理，绿波段被赋予蓝，红外波段被赋予红，绿色与红色相加为品红，因而植被在影像中大致呈红色。
2.水体的反射主要在蓝绿光波段，其他波段吸收都很强，根据标准假彩色合成原理，绿波段被赋蓝，因此一般的湖泊水库等均呈蓝黑色。
水体呈现深蓝色，植被呈现红色，通过标准假彩色合成较好的区分了植被、水体、建筑物等不同地物。
2分别从ETM+，AVIRIS 和Hyperion 数据中分别选取5 种不同的地物，提取曲线。
从光谱剖面曲线上，比较分析多光谱数据和高光谱数据的各自特点。
方法：提取5种不同地物所在区域的平均光谱数据。
过程：提取区域平均光谱数据的方法（1）首先，利用ROI 工具选取区域；（2）然后，在ROI Tool 的窗口中选中区域，再点击下方的Stats 按钮；（3）最后，在ROI Statistics Results 窗口中，点击File|Save ROI Results to text file…菜单，按照提示保存为文本文件；（4）将文本文件导入Excel 或Matlab，其中Mean 对应的数据列即为该区域的平均光谱。
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MODIS的两个通道空间分辨率可达250 m，5个通 道为500 m，29个通道为1000 m，可同时获取地 球大气、海洋、陆地、冰川雪盖等多种环境信息， 有助于建立有关大气、海洋和陆地的动态模型， 以及建立预测全球变化的模型。
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紫外、红外与微波区，引起电磁波衰减的主要原因是大 气吸收。
引起大气吸收的主要成分是氧气、臭氧、水、二氧化碳 等。
氧气：小于0.2 μm；0.155为峰值。 臭氧：数量极少，但吸收很强。两个吸收带；对航空遥
感影响不大。 水：吸收太阳辐射能量最强的介质。到处都是吸收带。
主要的吸收带处在红外和可见光的红光部分。因此，水 对红外遥感有极大的影响。 二氧化碳：量少；吸收作用主要在红外区内。可以忽略 不计。
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三、成像光谱仪
星载： 1）MODIS成像光谱仪 2） MERIS成像光谱仪 3） Hyperion成像仪
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1、MODIS
中等分辨率成像光谱仪MODIS（moderate resolution Imaging Spectro-radiometer）是美国 宇航局发射的EOS-TERRA和EOS- AQUA卫星上 最重要的星载仪器。
woody biomass（木头水分）
5
太阳辐射
地球上的电磁波主要来自于太阳，太阳可以认为 是一个很好的黑体辐射源。
黑体辐射：既是完全的吸收体，又是完全色辐射 体。
好的吸收体也是好的辐射体这一定律。说明凡是 吸收热辐射能力强的物体，它们的热发射能力也 强；凡是吸收热辐射能力弱的物体，它们的要由附属手提电脑，观测仪器，手枪 式把手，光纤光学探头及连接数据线组成。 FieldSpec 重量只有8kg，非常便于携带；0.35-2.5的光谱 范围以及10nm的光谱分辨率,它能在手提电脑上实时持续 显示测量光谱，使测量者在测量过程中依据即时反馈的光 谱图像获取需要的测量数据。
第2章-高光谱遥感数据获取与分 析
电磁波
X射线，紫外线，可见光、红外线、微波、无线 电波等都是电磁波。电磁波是一种横波。
2
电磁波谱
不同的电磁波由不同的波源产生．如果按照电磁 波在真空中传播的波长或频率递增或递减的顺序 排列，就能得到电磁波谱图。习惯上，划分如下：
3
4
一些电磁波的用途
共性：传播速度相同；遵守相同的反射、折射、透射、吸收 和散射定律；
6
太阳辐照度分布曲线
7
从图中可以得出结论： 太阳辐射的光谱是连续的，它的辐射特性与黑体的辐射
特性基本一致。 太阳辐射从近紫外到中红外这一波段区间能量最集中而
且相对稳定。在x射线、远紫外及微波波段，能量小但 变化大。 海平面处的太阳辐射照度曲线与大气层外的曲线有很大 的不同。主要是地球大气对太阳辐射的吸收和散射造成 的。 就遥感而言，被动遥感主要是利用可见光、红外等稳定 辐射，因而太阳的活动对遥感没有太大的影响，可以忽 略。
15
（1）准备工作。 （2）测量过程。 （3）整理工作。
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（1）准备工作。
光谱仪、计算机充电：光谱仪电量不足时红灯闪亮，充满电后 绿灯亮；如果黄灯闪亮则说明过热，需要等待一段时间；
安装适当的镜头或其他附件（如GPS、余弦接受器等），并准 备好白板；
依次打开光谱仪电源及计算机电源，并启动相应RS3软件； 依据所选择镜头以及测量情况，在软件上选择相应镜头，并填
1.55-1.75 （近红外） 2.04-2.34 （近红外） 10.5-12.5 （热红外） 3cm-15cm （短波）
20cm-1m（短 波）
Water content in plant or soil
Mineral, rock types
Surface temperature
Surface relief（地势起伏）, soil moisture
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（3）整理工作。
测量完成后，可将有关光谱拷贝到U盘中待用，或留在原机保 存；
依次关闭计算机电源及光谱仪电源； 取下镜头及其他附件，装好白板，并将光纤探测头整理好，收
回到仪器包中（注意光纤不可过硬弯折）。
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其它野外的测量仪器
（1）LAI-2000植物树冠分析仪。 （2）LI-6400便携式光合仪。 （3）LI-6262分析仪 （4）辐射传感器。
写需要存储数据的路径、名称和其他内容。
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（2）测量过程。 镜头对准白板，点击OPT进行优化。为了光谱测量的准
确性，在测量过程中，特别是刚开始测量的前半个小时 内，需要每隔一定时间进行一次优化； 反射率测量： 镜头对准白板，点击WR采集参比（白板应充满镜头， 并且没有阴影）； 镜头对准目标（目标与镜头之间的距离应大致等同于采 集参比时白板与镜头的距离）； 点击空格键存储目标光谱（或选择自动存储）； 为了提高光谱数据的质量，在测量开始后的一个小时内 应当经常采集参比以提高光谱数据质量；
8
地球大气会影响太阳辐射的衰减
大气组成：
不变成分（在80km以下的相对比例保持不 变）：惰性气体。
可变成分（气体含量随高度、温度、位置而 变）：甲烷、臭氧、水蒸汽、液态和固态水、 盐粒、尘烟。
垂直分布：可划分为4层，对流层、平流层、 电离层和外大气层
9
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大气对太阳辐射的影响主要分为：散射和吸收，在可见光波段，引起 电磁波衰减的主要原因是分子散射
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有些波段的电磁波通过大气后，衰减的很少，透过率很高，我们称 为大气窗口
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2.2 光谱测量仪器
一、野外光谱仪（以ASD野外光谱分析仪为例）
ASD野外光谱分析仪FieldSpec Pro是一种测 量可见光到近红外波段地物波谱的有效工具。它 能快速扫描地物，光纤探头能在毫秒内得到地物 单一光谱。
wavelength
use
Wavelength
use
g ray
Mineral
X ray
Medical
ultraviolet Detecting (uV)（紫外） oil；spill
0.4-0.45 um （蓝波段） 0.7-1.1 µm （近红外）
Water depth turbidity Vegetation