高光谱遥感实验指导书.doc

2015年 4月目 录实验一 高光谱遥感数据获取 1实验二 高光谱遥感数据的大气校正 4实验三 地物光谱测量与成像 7实验四 MNF 与端元选取 11实验五 光谱特征分析 17I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实验内容1、 合成真彩色和假彩色的影像2、 提取同类或异类地物（物体）的光谱曲线预备知识1、 遥感数据的基本参数a) ETM波段波长( 微米)分辨率 ( 米)主要作用Band 1蓝绿波段0.45-0.5230用于水体穿透 , 分辨土壤植被Band 2绿色波段0.52-0.6030分辨植被Band 3红色波段0.63-0.6930处于叶绿素吸收区域 , 用于观测道路/ 裸露土壤 / 植被种类效果很好用于估算生物数量 , 尽管这个波段Band 4近红外0.76-0.9030可以从植被中区分出水体，分辨潮湿土壤，但是对于道路辨认效果不如 TM3用于分辨道路 / 裸露土壤 / 水, 它还Band 5中红外1.55-1.7530能在不同植被之间有好的对比度 ,并且有较好的穿透大气、云雾的能力。

1Band 6热红外10.40-12.5060感应发出热辐射的目标Band 7中红外2.09-2.3530对于岩石 / 矿物的分辨很有用 ,也可用于辨识植被覆盖和湿润土壤Band 8全色0.52-0.9015得到的是黑白图象 , 分辨率为15m,用于增强分辨率 , 提供分辨能力b) AVIRIS指标波段波长( 微米)波长范围400-2500nmBand 1-4紫外0.369-0.399光谱分辨率10nmBand 5-14蓝光0.409-0.497Fwmh10nmBand 15-24绿光0.507-0.596Band 25-36红光0.606-0.693Band 37-63近红外0.702-1.048c) Hyperion指标波段波长( 微米)波长范围430-2400Band 1-5紫外0.356-0.396光谱分辨率10nmBand 6-15蓝光0.406-0.498Band 16-25绿光0.508-0.600Band 26-36红光0.609-0.691Band 37-184近红外0.702-1.992Band 185-242中红外2.002-2.577报告内容1、 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？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3、 信噪比计算， 对 Headwall 拍摄的数据， 采用 MNF 去噪后，实现以下计算和比较分析：a) 去噪前后，各波段图像的信噪比值2b) 去噪前后，同一像素的（或同一区域的平均）光谱的信噪比值3实验二 高光谱遥感数据的大气校正实验目的大气的影响对高光谱遥感而言比多光谱遥感更重要， 尤其是陆地高光谱遥感， 消除大气的影响而获得接近地面测量的光谱数据， 对于准确识别地物、 属性估计等具有十分重要的意义 大气校正的目的是消除大气和光照等因素对地物反射的影响， 获得地物反射率和辐射率、地表温度等真实物理模型参数，用来消除大气中水蒸气、氧气、二氧化碳、甲烷和臭氧对地物反射的影响， 消除大气分子和气溶胶散射的影响本次实验的目的是掌握一般大气校正方法， 理解大气传输过程中散射、吸收和折射作用的影响机理和校正的原理， 掌握大气校正的一般方法和处理过程实验内容1、使用黑暗目标法分别对 TM和 AVIRIS影像进行大气校正2、使用 FLAASH模块对 AVIRIS影像进行大气校正预备知识1、黑暗目标消减法 (Dark Object Substraction,DOS)a) 基本原理：寻找影像中的最暗的目标区域，假设该区域的光谱反射率为 0，而实际获得的反射率是由于大气影响或程辐射的结果，并且其它区域受到相同的影响。

那么，可以通过从每个像元的反射率4扣除掉黑暗目标的反射率就可以达到大气校正的目的通常情况下，我们一般选择水体作为暗目标b) ENVI 中DOS 的操作i. ENVI 中DOS 被称为 Dark Subtractii. 依次选择菜单 Basic Tool ‐ > Preprocessing ‐ > GeneralPurpose Utilities ‐ > Dark Subtract，启动模块选择待校正的图像，选择 Band Minimum 选项，即每个波段的最小值将被自动选为暗目标的反射率处理后保存结果即可2、 ENVI FLAASHa) 简介：ENVI 的高精度大气校正工具包， 其最新扩展模块 FLAASH2.0 专门对波谱数据进行快速大气校正分析 FLAASH可以处理任何高光谱数据、卫星数据和航空数据 (860nm/1135nm) ，这些数据是由HyMAP、AVIRIS、CASI、HYDICE、HYPERION(EO‐1)AISA、HARP、DAIS、Probe‐1、 TRWIS‐3、SINDRI、MIVIS、 OrbView ‐4、NEMO 等传感器获得的 FLAASH还可以校正垂直成像数据和侧视成像数据。

FLAASH 是目前精度最高的大气辐射校正模型， 使用了 MODTRAN 4 辐射传输模型的代码，基于像素级的校正，校正由于漫反射引起的连带效应，包含卷云和不透明云层的分类图， 可调整由于人为抑止而导致的波谱平滑 FLAASH 可对 Landsat, SPOT,AVHRR,ASTER,MODIS, MERIS,AATSR,IRS 等多光谱、高光谱数据、航空影像及自定义格式的高光谱影像进行快速大气校气校正的目的 通常情况下， 我们一般选择水体作为暗目标5b) ENVI 中的 FLAASH 的操作请参见附件《 ENVIFLAASH使用手册》报告内容1、一些基本的概念：a) 大气散射b) 大气吸收和地面遥感可以利用的主要大气窗口c) 解释为什么天空是蓝色的，而在太阳升起和落下时天空会呈现红色或橘红色d) 为什么需要进行大气校正2、对比分析 DOS 和 FLAASH 的处理结果， 注意典型地物的校正效果从大气传输过程简要分析一下 FLAASH的关键参数设置对结果的影响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1、 便携式地物光谱仪的基本工作原理光纤光谱仪是现代主流的便携式地物光谱仪，基本工作原理是光源发光通过光纤传导入采样探头， 光线照射于物体表面后， 反射光再经探头导入与光谱仪相连的光纤束，被测光由接头入射到光谱仪内。

光谱仪内的分光结构至关重要 入射光经反射准直镜准直， 平面反射式光栅分光后， 将入射光分成按一定波长顺序排列的单色光， 再由成像物镜聚焦后，投射到 CCD阵列的光敏面上进行检测典型的光纤光谱仪的构造如下图。