《海洋遥感技术实习报告-遥感技术原理及应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《海洋遥感技术实习报告-遥感技术原理及应用（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实 习 报 告课程名称： 遥感技术原理及应用 实习名称： 高光谱遥感应用 院 （系）： 专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 2013 年 1 月 2 日一、实习时间2013 年 12 月 23 日 至 2013 年 12 月 27 日二、实习地点天津科技大学 9-513 海洋信息技术实验室，校园三、实习目的： 理论与实验课的综合运用，提高课堂与实践相结合的分析能力1、理解高光谱概念、地物光谱仪、光谱数据库、高光谱传感器；2、掌握 ENVI 软件的基本功能， ASD 的安装与使用；3、熟悉 ENVI 遥感影像处理的一般方法；4、进一步掌握高级高光谱分析及制图方法；5、应用 ENVI 一整
2、套高光谱处理方法进行近海岸植被分析研究；6、理解 MNF 理论及算法，线性混合波谱理论；7、总结获取高光谱端元的方法。四、实习主要仪器设备，软件及数据1、硬件准备：PC 机，ASD 光谱仪；2、操作系统：Linux 系统或 Windows 2k 以上系统；3、软件工具：ENVI ，RS3 安装软件，ViewSpec Software 软件4、数据：美国 California 州 AVIRIS 影像数据，及 USGS 植被及矿物的光谱库数据路径：CD1/m94avsub；CD1/spec_lib；CD2/C95avsub ； CD2/ spec_lib。5、文献阅读、网上电子图书馆。五、AVIR
3、IS 及测谱学（Imaging Spectroscopy）介绍1、介绍测谱学成像光谱仪（Imaging Spectrometers）或高光谱传感器（Hyperspectral Sensors）都是遥感仪器，其将影像传感器的空间表述同光谱仪的分析能力结合在了一起。它们有多达几百个的狭窄波谱通道，波谱分辨率通常小于 10nm（Goetz et al.，1985） 。成像光谱仪将为影像中每一个像元提供完整的波谱曲线。将这些同宽波段（broad-band）多光谱扫描仪，如TM 进行比较：TM 只有 6 个波段，其波谱分辨率大于 100nm。使用成像光谱仪产生的高光谱分辨率影像，其最终结果可以帮助我们鉴
4、别物质，而使用宽波段传感器只能区分物质。成像光谱技术实现了图像技术和光谱技术之间的有机结合，在获得目标地物的空间信息的同时，通过光谱仪系统将目标地物的电磁辐射分解成不同波长的谱辐射，能在一个光谱区间内获得每个像元几十个甚至几百个窄（一般小于 10nm）而连续的波段信息。成像光谱技术实现目标地物的“图谱合一” ，提供更加丰富的地物信息。2、介绍 AVIRIS1995 年的航空机载可见光/红外成像光谱仪（ Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer，简称为 AVIRIS） 。AVIRIS 光谱图像是从美国航空航天局 ER-2 航空器的 Q-bay
5、上获得的。 AVIRIS 是第一个以 10nm 为步长测量 400nm 至 2500nm 太阳反射波段的成像传感器。AVIRIS 的标定精度和信噪比仍然是唯一的。近年，AVIRIS 系统与其有关的科学研究与应用的重要性不断上升。该系统的最初设计与升级版的特点主要体现在它的遥感、精确度、数据处理系统和飞行操作上。AVIRIS 特点的更新在之后几年内，对其科学研究及 AVIRIS 数据的应用都有极大的贡献。最近的科学研究和应用表明其是能够用于大气校正，生态学和植被，地质和土壤，内陆和沿海水域，大气，冰和雪水文，生物质燃烧，环境灾害卫星的模拟和校准，商业应用，谱算法，人类的基础设施，以及光谱建模等研
6、究的一种调查。为了满足研究者将 AVIRIS 光谱图像用于科学研究和应用的需求，AVIRIS 系统在持续地努力已经升级了，并得到了改善。这些改善主要是在 AVIRIS 的传感器、校正、数据系统以及飞行操作方面。3、至少再列举 1 个高光谱传感器并做简单介绍。1)Hyperion 传感器Hyperion 传感器搭载于卫星 EO-1(Earth Observing-1)，美国 NASA 于 2000 年 11 月 16日发射升空，其目的是面向 21 世纪为接替 Landsat-7 而研制的新型地球观测卫星，该卫星紧随 Landsat7 后一分钟过境，轨道参数与 Landsat-7 卫星的轨道参数基
7、本相同，轨道高度705km，倾角 98.7 度，为太阳同步轨道运行，地面覆盖与 Landsat-7 完全相同。EO-1 带有三个基本遥感系统，即高级陆地成像仪（Advanced Land Imager，ALI） 、高光谱成像仪(Hyperion)和大气校正仪(Linear etalon imaging spectrometer aeeay atmospheric corrector，LAC)。LAC 的主要功能是对 Landsat-7 ETM+和 EO-1 的数据进行水汽校正。Hyperion 传感器是第一个星载民用成像光谱仪，是一推扫式传感器，共设有 220 个波段，其中在可见光-近红外设有
8、 60 个波段，在短波红外设有 160 个波段，可覆盖光谱范围400- 2500nm，波谱分辨率为 9.7nm，空间分辨率为 30m，每景可覆盖 7.7x85km 范围，可提供可见光、近红外及短波红外的连续波谱的信息，因此，利用 Hyperion 的高光谱特性可以实现精确的农业估产、地质填图，并在地质、采矿、农业、林业及环保领域有着广泛的应用前景。Hyperion 的波谱设置：Hyperion 是推扫式传感器，可获得可见光、近红外和短波红外光谱数据。在可见光-近红外和短波红外区，分别用 2 套敏感元件收集信号。由于该数据在一些波段缺少利用价值，所以系统处理时，仅对 198 个波段做了辐射校正。
9、SWIR 波段和VNIR 波段存在数据重叠区，所以，只有 196 个波段可用（ Kruse FA，1988） ，具体波段信息见下表：2)MODIS 传感器分辨率成像光谱仪(MODIS)。MODIS 数据涉及的波段范围广，是一个带有 490 个探测器、36 个光谱波段的被动成像光谱辐射计，它覆盖了可见光热红外（0.414um） ，空间分辨率比 NOAA-AVHRR 有较大的进展 (250m、500m 和 1000m） ；NASA 对 MODIS 数据实行全球免费接收的政策。MODIS 是一个带有 490 个探测器、36 个光谱波段的被动成像光谱辐射计。它覆盖了可见光热红外（4001400nm）波
10、谱，其数据具有很高的信噪比，量化等级为 12bit。36 个相互配准的光谱度波段上以中等分辨率水平（0.251km）每 12 天观测地球表面一次。获取陆地和海洋的温度、初级生产率、陆地表面覆盖、云、气溶胶、水汽和火情等目标的图像。六、便携式地物光谱仪 ASD、USGS 波谱库介绍1、介绍便携式地物光谱仪 ASD便携式地物光谱仪 ASD：适用于从遥感测量，农作物监测，森林研究到工业照明测量，海洋学研究和矿物勘察的各方面应用。操作简单，软件包功能强大。此仪器可用做测量辐射，辐照度，CIE 颜色，反射和透射。探测器：350-1000nm，低噪声 512 阵元 PDA1000-1800nm 及 180
11、0-2500nm，两个InGaAs 探测器单元，TE 制冷恒温；波长范围：3502500nm；光谱分辨率：3nm700nm， 8nm1400 /2100；扫描时间：100ms；光谱平均：高达 31,800 次；波长精度：0.5nm；波长重复性：0.1nm。杂散光：VNIR0.02%SWIR 1&20.01%；通道数：2151；高次吸收滤色片，内置光闸和漂移锁定自动校准功能均设置为标准配置。特点：使用 512 阵元阵列 PDA 探测器和两个独立的 InGaAs 探测器；每秒最快可得到10 个光谱曲线；内置光闸, 漂移锁定暗电流补和分段二级光谱滤光片等为用户提供无差错的数据；实时测量并观察反射、透
12、射、辐射度（选项） ；实时显示光谱线；更高的信噪比，采集速度提升 4 倍；最新的无线 Wi-Fi 接口，可进行无线数据接收，最远可达到 300 米；加固型光纤，完全避免了光纤的折损；小型化的运输箱，更小，更轻，更坚固，更方便运输。2、上网查找 USGS 网站【http:/speclab.cr.usgs.gov/spectral-lib.html 】要求：对 USGS 波谱库做一般介绍，特别是在最新的 06 波谱库中对矿物、植被各找一种典型曲线；另外将沿岸水、大洋水光谱 plot 画出，并对其光谱曲线特点作简单描述。1）USGS 波谱库介绍USGS 波谱库是研究人员在实验室中用光谱实验测量数以百
13、计材料的反射率光谱，并编制了光谱库。该波谱库被用来在遥感影像中对物质的鉴定做参考。最新的 USGS 波谱库是 2007 年 9 月发布的 splib06a 波谱库，它的波长范围紫外到中红外 0.2-150um，包含了超过 1300 种的光谱，包括中红外数据以及从 splib05a 和附加可见光和近红外光谱的光谱图。该库还包含许多矿物质，有机物和挥发性化合物，植被和人造材料。该数据库包括超过6000 个的网页，图形，样本图像和数据目录。针对每种物质都有对应的描述、波谱图、ASCII 数据、二进制文件以及一些工具。splib07a 波谱库目前正在编制。2）最新的 06 波谱库中对矿物、植被各找一种
14、典型曲线3）将沿岸水、大洋水光谱 plot 画出，并对其光谱曲线特点作简单描述图一：矿物（明帆石）图二：植被（仙人掌）七、基于几何顶点端元提取的 SAM 分类根据 cup95eff.int 数据，运用 MNF 变换后的波段以及散点图工具提取端元，写出步骤及结果。1、选择“SpectralMNF RotationForward MNFEstimate Noise Statistics from 图三 沿岸水图四 大洋水Data”菜单进行 MNF 变换。在“MNF Transform Input file”对话框中选择进行 MNF 变换的影像 cup95eff.int。点击 OK，弹出“Forwa
15、rd MNF Transform Parameters”对话框点击Memory。在波段列表中输出 MNF 影像以及特征值曲线图。2、点击 Gray Scale 单选按钮，然后在可用波段列表中点击 Load Band，将 MNF 的第一个波段作为灰阶影像加载到新的影像显示窗口中。3、查看 MNF 散点图在主影像窗口中使用 Tools2-D Scatter Plots，将 MNF 影像的波段 1 和波段 2 加载到散点图中。4、画感兴趣区1）在散点图绘制窗口，使用感兴趣区（ROIs）绘制工具，在数据分布集群的一个或者多个拐角上，圈出一些像素点。2）在散点图绘制窗口中，从 Class 下拉式菜单中选
16、择所需的颜色，对几种不同的类，分别使用不同的颜色。3）从散点图绘制窗口的下拉式菜单中，选择 Options Export All in the Options，将这些像素列表将被导出作为 ENVI 的感兴趣区（ROIs ） 。并保存感兴趣区。4）点击 scatter plot 图层的右键，再点击 Mean all。提取感兴趣区中的均值表观反射率波谱曲线。在绘图窗口（plot window）中，选择 Options Stack Plots，Plot Key(图例)将每条波谱带分别显示出来，以进行比较。5、鉴别波谱曲线，以获取地物名称。1）从 ENVI 主菜单中，选择 Spectral Spectral Analyst。点击 Spectral Analyst Input Spectral Libr
