实习一光谱的微分和积分

《实习一光谱的微分和积分》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实习一光谱的微分和积分（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 实习一 光谱的微分和积分 一、实习目的一、实习目的 熟悉和掌握光谱的微分和积分的概念，利用相关软件对植被高光谱数据进行微分和积分 处理；利用高光谱数据分析植被的“红边”等典型植被高光谱特征。 二、原理与方法二、原理与方法 1、光谱微分、光谱微分 光谱微分技术就是通过对反射光谱进行数学模拟，计算不同阶数的微分值，以提取不同 的光谱参数。应用光谱微分技术能够部分消除大气效应、植被环境背景（阴影、土壤等）的 影响，以反映植物的本质特征。所得的数据，可以用于植被生物化学信息的提取。不同研究 者提出的植被指数可以认为是反映波形形态变化的反射光谱的 n 阶导数，而这种光谱的 n 阶 导数实质上表达了植被

2、叶绿素、水、氮等生物化学元素吸收波形的变化，是这些吸收物质的 丰度与状态的光谱指标。 光谱微分公式（以二阶为例）为： （1） 式中， 为 波长， 为波长 处的一阶微分光谱， 为相邻两波段间的波长 间隔。 （a） 植被与土壤原始反射率曲线 （b）植被与土壤原始一阶导数曲线 11 ()()()/2 iii + = ( ) i i i PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 图 1 光谱微分处理示意图 2、光谱积分、光谱积分 光谱积分就是求光谱曲线在某一波长范围内的下覆面积。 （2） 三、实习仪器与数据三、实习仪器与数据 EXCELL 软件以及玉米叶片反射光谱。 四、实习

3、步骤四、实习步骤 1、计算玉米叶片反射光谱的一阶微分光谱、计算玉米叶片反射光谱的一阶微分光谱 利用 EXCELL 软件导入玉米叶片反射率数据，并绘制其反射率光谱曲线（见图 2） 。采用 公式 1 对玉米叶片反射率数据进行差分法处理，获得一阶微分光谱曲线（见图 3） 。比较和分 析图 2 及图 3。 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 3004005006007008009001000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 波长波长 (nm) 反射率反射率 图 2 玉米叶片反射率光谱曲线 2 1 ( )fd = PDF 文件使用 “pdfFactory Pr

4、o“ 试用版本创建 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 4005006007008009001000 波长波长 (nm) 一阶微分光谱一阶微分光谱 图 3 玉米叶片一阶微分光谱曲线 2、根据一阶导数光谱，求取红边面积、根据一阶导数光谱，求取红边面积 计算 670nm- 760nm 一阶导数光谱曲线与坐标轴之间包含的面积。 3、完成实习报告、完成实习报告 内容包括：目的、玉米原始光谱曲线、玉米一阶导数光谱曲线、红边面积校。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 实习二 光谱库的制作、光谱数据的重采样及连续统去除 一、实习目的一、实习目的

5、熟悉和掌握光谱库以及光谱数据的重采样及连续统去除等概念；利用 ENVI 软件制作光谱 库，对光谱数据进行重采样及连续统去处理。 二、原理与方法二、原理与方法 图 4 为连续统去除法示意图,图中的绿线即为包络线,它从外观上看就相当于原始反射光 谱曲线的“外壳”,就像用一层薄膜包裹凹凸不平的固体物,则薄膜只与固体物的凸出部分接 触。实际的光谱曲线是由离散的样点组成,所以可用连续的折线来近似光谱曲线的包络线 (Clark et al., 1984)。包络线的物理含义为目标的背景场光谱，在获得包络线后,原始光谱 与对应波段包络线的比值即为该波段的连续统去除后的归一化光谱值。连续统去除后的归一 化光谱的

6、特点是起始点数值为 1,其间的点位于(0,1)。连续统去除法具有压抑背景光谱,扩大 弱吸收特征信息的优势。连续统去除可有效突出吸收和反射特征,是一种有效的光谱分析方 法。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 图 4 连续统去除示意图 三、实习仪器与数据三、实习仪器与数据 ENVI 软件、EXCELL 软件和作物冠层反射率曲线。 四、实习步骤四、实习步骤 1、光谱库的制作、光谱库的制作 1）打开 ENVI 软件，按照图 5 的方式打开建立光谱库界面。 2）导入光谱数据，然后以光谱库的格式存储（见图 6 和图 7） 。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pr

7、o“ 试用版本创建 图 5 建立光谱库界面 图 6 导入光谱数据 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 图 7 光谱库的格式存储界面 2、光谱数据的重采样、光谱数据的重采样 1）在 ENVI 主菜单中打开 spectral resampling 命令（见图 8） ； 图 8 打开 spectral resampling 命令 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 2）选择待重采样的光谱文件（见图 9） ； 图 9 选择待重采样的光谱文件 3）定义输出结果文件名（见图 10） ； 图 10 定义输出结果文件名 PDF 文件使用 “pd

8、fFactory Pro“ 试用版本创建 4）指定波长文件（见图 11） ； 图 11 指定波长文件 5）查看重采样结果（见图 12） PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 图 12 查看重采样结果 3、连续统去除、连续统去除 1）选择并打开待连续统去除的光谱（图 13） 图 13 选择并打开待连续统去除的光谱 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 2）连续统处理（图 14） 图 14 连续统去除处理及结果 4、完成实习报告、完成实习报告 内容包括：目的、光谱库制作结果、光谱重采样结果以及连续统去除结果。 PDF 文件使用 “pdf

9、Factory Pro“ 试用版本创建 实习三 高光谱数据的相关分析及建模 一、实习目的一、实习目的 熟悉和掌握高光谱数据的特征提取方法；掌握利用回归统计分析方法进行高光谱建模。 二、原理与方法二、原理与方法 1、相关分析、相关分析 相关分析（correlation analysis） ，相关分析是研究现象之间是否存在某种依存关系， 并对具体有依存关系的现象探讨其相关方向以及相关程度，是研究随机变量之间的相关关系 的一种统计方法。 （3） 式中 R 为相关系数，Xi、Yi为样本，为 X 、Y 为期望值。 2、回归分析、回归分析 回归分析（regression analysis)是确定两种或两

10、种以上变数间相互依赖的定量关系的 一种统计分析方法。研究一个随机变量 Y 对另一个(X)或一组(X1，X2，Xk)变量的相依关 系的统计分析方法。 三、实习仪器与数据三、实习仪器与数据 SPSS 软件、EXCELL 软件及玉米叶片反射光谱数据、叶绿素含量数据。 四、实习步骤四、实习步骤 1、相关分析、相关分析 1）将玉米反射光谱数据及叶绿素数据导入 SPSS 软件，并进行对每个波段与对应的叶绿 素含量数据进行相关分析（图 15） 。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 图 15 导入统计数据 2）获得相关分析结果（图 16- 17） ，找出相关系数绝对值最大值波

11、段，通过图 17 发现， 540nm 波段相关系数为- 0.527，大于临界值 0.468（n=16,=0.05） 。 图 16 相关分析结果 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 4005006007008009001000 波长波长 (nm) 反射率反射率/相关系数相关系数 玉米叶片反射光谱 相关系数 图 17 相关系数曲线 2、回归建模、回归建模 1)选用 540nm 反射率与叶绿素含量进行回归分析（图 18） 图 18 回归分析 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 图

12、 19 回归分析 2）回归分析结果 CH= - 9.875540- 3.509，F- 6.159, =0.025 图 20 回归分析结果 3、完成实习报告、完成实习报告 内容包括：目的、相关分析结果、回归分析结果。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 实习四 高光谱图像大气校正 一、实习目的一、实习目的 熟悉和掌握高光谱图像大气校正基本流程；掌握 ENVI 中 FLAASH 大气校正模块的基本操 作及参数设置。 二、原理与方法二、原理与方法 1、基本原理、基本原理 FLAASH 大气校正基于太阳波谱范围内(不包括热辐射),标准的平面朗伯体在传感器处接 收到的单个

13、像元光谱辐射亮度,按公式(4)进行计算: （4） 模型中传感器接收到的辐射亮度L 由3 部分组成.第一部分是第一项,代表太阳辐射经大 气入射到地表后,经大气反射直接进入传感器的部分辐照度;第二部分是第二项,代表经大气 散射后的部分散射光,重新漫入射被观察地物,经反射后进入传感器的部分辐照度;第三部分 是L,为太阳辐射经大气散射后的散射光, 向上通过大气进入传感器的部分辐照度.FLAASH 模块利用大气点扩散函数对邻近像元效应进行了纠正. （5） 由FLAASH模块取得相关参数后,影像反射率就可利用辐射传输方程对逐个像元进行计算. 步骤如下:通过计算Column water vapor 的量来计

14、算A,B,S和La.Column water vapor 在不 同场景下各不相同,运行几次不同水蒸气数量的MODTRAN 模型,构成一个查找表,每个像素可 从该表中获得水蒸气量,进一步计算A,B,S 和La.忽略影像邻近像元效应影响,利用(5)式计 算像元空间平均反射率e,获取邻近像元反射率.FLAASH 模块中用一个径向距离近似指数函 数,代替大气点扩散函数进行邻近像元反射率计算.当求得邻近像元反射率后,将遥感器接收 的辐射亮度和MODTRAN4 模拟大气校正参数代入(4)式,求得整幅影像的真实地表反射率. 2、模块参数设置、模块参数设置 参数主要包括：传感器几何参数、地面高程、遥感影像成像

15、时间和日期、大气参数气溶胶 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 模式、能见度、光谱波段响应。 三、实习仪器与数据三、实习仪器与数据 ENVI 软件及 Hyperion 影像数据。 四、实习步骤四、实习步骤 1、处理流程、处理流程 图 21 处理流程 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 2、去除未定标及水汽影像波段、去除未定标及水汽影像波段 删除的波段见表 1，最终保留 196 个波段，分别为 8- 57,79- 224。 表 1 被删除的波段 3、绝对辐射值的转换、绝对辐射值的转换 VNIR 和 SWIR 波段分别除以因子 40 和 80. 4、坏线修复、条纹去除、坏线修复、条纹去除、Smile 效应去除效应去除 坏线修复、条纹去除、Smile 效应可用全局去条纹方法去除。其原理为： PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 5、基于、基于 FLAASH 进行大气校正进行大气校正 1）FLAASH