高光谱实验指导.docx

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 171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Band 4 近红外 0.76-0.90 30用于估算生物数量, 尽管这个波段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 TM3Band 5 中红外 1.55-1.75 30用于分辨道路/裸露土壤/ 水 , 它还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。

2b） AVIRIS指标 波段 波长（微米 ）波长范围 400-2500nm Band 1-4 紫外 0.369-0.399光谱分辨率10nm Band 5-14 蓝光 0.409-0.497Fwmh 10nm Band 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 430-2400 Band 1-5 紫外 0.356-0.396光谱分辨率10nm Band 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Band 6 热红外10.40-12.50 60 感应发出热辐射的目标Band 7 中红外2.09-2.35 30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 0.52-0.90 15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3b） 去噪前后，同一像素的（或同一区域的平均）光谱的信噪比值4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5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6b) ENVI 中的 FLAASH 的操作请参见附件《 ENVI FLAASH 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7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Vs（入实验采用式中，P （（入）分别为测2、几1） SV2） 海垂直测量（入）为被测量物体种便携式VC 便携式地 光 洋光学 US 光 方法，计物体的反和标准版地物光谱物光谱仪光谱内置存 通线阵列探 谱分辨率（ 最小积分SB4000 - VIS - 光谱 内置存储通道线阵列探谱分辨率( 最小积分算公式为射率，p s的仪器测仪的基本参数范围：35储器： 50道数：10测器：((2(FWHM ):三 三三时间：1-NIR范围：35器：- 数：-测器：36FWHM ) ：1.时间：3.s（入）为标准 量值。

50 - 250000 scans（扫0241） 512 Si，2） 256 InGa3） 256 扩展3.5nm, 3508.5nm 10006.5nm, 185毫秒50 - 1000648 Si ， 3505nm, 350 -8 毫秒版的反射 nm）350-1000nmaAs， 1000-1 的 InGaAs 0 - 1000 n0 - 1850 n50 - 2500 nm-1000nm1000 nm 率，V（入 m 1850nm s， 1850-25 nmnm nm8入），00nm9实验步骤1、 测量目标和条件的选择（ 1） 环境 : 无严重大气污染，光照稳定，无卷云或浓积云， 风力小于 3 级，避开阴影和强反射体的影响（测量者不穿白色服装） 2） 时间：地方时9: 30 - 14: 30 3） 取样 : 选择物体自然状态的表面作为观测面，取样面积大于地物自然表面起伏和不均匀的尺度，被测目标面要充满视场 4） 标准板 : 标准板表面与被测地物的宏观表面相平行， 与观 测仪器等距，并充满仪器视场，保证板面清洁2、 安装仪器开始测试（ 1） 对准标准板，读取数据为 Vs 2） 移开标准板对准地物，读取数据 Vg 。

3)重复步骤(1)(2),测量5-9次，记录数据，计算平均值4)更换目标，做好信息记录，重复(1) - (3)步骤5)整理数据，根据上述公式计算反射率pg(入)，标准板的反射率P 's(入)为已知值仪器安装注意事项：测量高度：仪器保持水平架设，离被测地物表面距离n1m几何关系：仪器轴线与天顶的倾斜角 <±2标准面水平 10 放置3、分析实测结果(1)根据计算结果，准确绘出地物光谱反射率曲线图2)根据所绘曲线，比较不同地物光谱特征，分析在遥感影像上可能产生的差异3)分析实习过程中可能引起误差的因素报告内容1、分析地物光谱测量过程中的几种主要的影响因素2、 在Excel或Matlab中绘制测量得到的典型地物的光谱曲线， 并从地物的光谱响应特征和特征波段的测量结果对数据的质量 进行分析和简要评价11实验四MNF与端元选取实验目的光谱解混是高光谱数据处理与分析的基本方法和必要的过程本 次实验目的是了解高光谱影像混合的基本理论，掌握端元选取和光谱 解混的一般方法实验内容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) T。