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高光谱与高空间分辨率遥感实习实习一 光谱的微分和积分一、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 1、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。光谱微分公式(以二阶为例)为: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。 2、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。三、实习仪器与数据EXCELL软件以及玉米叶片反射光谱。 四、实习步骤 1、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1)。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2)。比较和分析图1及图2 。 图1 玉米叶片反射率光谱曲线图2 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。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 图3 连续统去除示意图 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 1、光谱库的制作1)打开ENVI软件,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 2、光谱数据的重采样1)在ENVI主菜单中打开spectral resampling命令2)选择待重采样的光谱文件 3)定义输出结果文件名 4)指定波长文件 5)查看重采样结果 3、连续统去除1)选择并打开待连续统去除的光谱2)连续统处理 4、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。 实习三 高光谱数据的相关分析及建模一、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 1、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。 2、回归分析回归分析(regression analysis)是确定两种 或两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 1、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 2)获得相关分析结果,找出相关系数绝对值 最大值波段,并与临界值进行比较。图3 相关系数曲线2、回归建模1)选用540nm反射率与叶绿素含量进行回 归分析 2)回归分析结果 3、完成实习报告内容包括:目的、相关分析结果、回归分 析结果。 实习四 高光谱图像大气校正一、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 1、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 收到的单个像元光谱辐射亮度, 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、模块参数设置参数主要包括:传感器几何参数、地面高程、遥 感影像成像时间和日期、大气参数气溶胶模式、 能见度、光谱波段响应。 三、实习仪器与数据ENVI软件及Hyperion影像数据。四、实习步骤 1、处理流程 图4 处理流程 2、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VNIR 和SWIR波段分别除以因子40和80. 4、坏线修复、条纹去除、Smile效应去除 5、基于FLAASH进行大气校正1)FLAASH模块参数设置 图5 FLAASH模块参数设置2)大气校正结果 图6 大气校正结果6、完成实习报告 内容包括:目的、预处理结果、大气校正结果。实习五 高空间分辨率遥感数据的正射校正一、实习目的熟练掌握利用如ENVI等通用遥感图像处理软 件对IKONOS、QuickBird等高空间分辨率数据 的正射校正。二、原理与方法正射纠正即将中心投影的影像纠正为垂直投影 或正射投影。垂直投影 中心投影图7 垂直投影与中心投影示意图在中心投影的像片上,地形的起伏除了引起像片 比例尺的变化外,还会引起平面上点位在像片上 相对位置的移动,这种现象称为像点位移。其位 移量就是中心投影与垂直投影在同一水平面上的 投影误差。 图8 地形起伏对影像的影响像点位移的计算公式 由公式可以看出: 1)移量与地面高差成正比,即高差越大引起的像 点位移量也越大。当地面高差为正时(地形高于 摄影基准面),为正值,像点位移是背离像点 方移动的;当高差为负时(地形低于摄影基准面 ),为负值,像点向像主点方向移动。 2)位移量与像主点的距离 r 成正比,即距像主点越 远的像点位移量越大,像片中心部分位移量较小 。像主点处=0,无位移。 3) 位移量与摄影高度H(航高)成反比。即摄影高 度越大,困地表起伏引起的位移量越小。 因此,结合DEM图像,可以对中心投影转换为正射 投影。三、实习仪器与数据ENVI软件和IKONOS数据。 四、实习步骤 1、打开ENVI软件,打开IKONOS数据及 DEM数据。 图9 打开IKONOS数据及DEM数据 图10 运行正射校正程序2、运行正射校正程序图11 选择需校正的影像数据3、选择需校正的影像数据图12 设定正射校正参数4、设定正射校正参数5、运行正射校正程序,检查校正结果图13 检查正射校正结果6、完成实习报告 内容包括:目的、正射校正结果。
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