高光譜遙感期末考復(fù)習(xí)材料

1、1、地面光譜測(cè)量的作用：地面光譜輻射計(jì)在成像光譜儀過頂時(shí)，常用于地面野外或?qū)嶒?yàn)室同步觀測(cè)，獲取下 行太陽(yáng)輻射，以用于遙感器定標(biāo)。在一些反射率轉(zhuǎn)換模型中，需要引入地面光譜輻射計(jì)測(cè)取得地面點(diǎn)光譜來完成DN值圖像到反射率圖像的轉(zhuǎn)換。地面光譜輻射計(jì)可以為圖像識(shí)別獲取目標(biāo)光譜和建立特征項(xiàng)。但是，這時(shí)地面光譜 測(cè)量要在空間尺度上與圖像像元尺度相對(duì)應(yīng)，且要具有代表性；另外，地面光譜測(cè) 量要與高光譜圖像獲取條件相一致。通過地面光譜輻射計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)和地面模擬，可以幫助人們了解某一地物被高光譜遙感探測(cè)的可能性，理解其輻射特性，確定需要采用的探測(cè)波長(zhǎng)、光譜分辨率、探測(cè) 空間分辨率、信噪比、最佳遙感探測(cè)時(shí)間等重要參數(shù)。

2、地面光譜輻射計(jì)還可以勇于地面地質(zhì)填圖。它可以用于礦物的光譜吸收特征，識(shí)別地面礦物或礦物的集合，從而直接完成野外礦物填圖?？梢杂脕斫⒌匚锏谋砻娣较蛐怨庾V反射特性。建立目標(biāo)地面光譜數(shù)據(jù)與目標(biāo)特性間的定量關(guān)系。2、高光譜成像特點(diǎn)：高光譜分辨率。高光譜成像光譜儀能獲得整個(gè)可見光、近紅外、短波紅外、熱紅外 波段的多而窄的連續(xù)光譜，波段多至幾十甚至數(shù)百個(gè)，其分辨率可以達(dá)到納米級(jí)， 由于分辨率高，數(shù)十、數(shù)百個(gè)光譜圖像可以獲得影像中每個(gè)像元的精細(xì)光譜。圖譜合一。高光譜遙感獲取的地表圖像包含了地物豐富的空間、輻射和光譜三重信 息，這些信息表現(xiàn)了地物空間分布的影像特征，同時(shí)也可能以其中某一像元或像元 組為目標(biāo)獲

3、得他們的輻射強(qiáng)度以及光譜特征。光譜波段多，在某一光譜段范圍內(nèi)連續(xù)成像。成像光譜儀連續(xù)測(cè)量相鄰地物的光譜 信號(hào)，可以轉(zhuǎn)化城光譜反射曲線，真實(shí)地記錄了入射光被物體所反射回來的能量百 分比隨波長(zhǎng)的變化規(guī)律。不同物質(zhì)間這種千差萬(wàn)別的光譜特征和形態(tài)也正是利用高 光譜遙感技術(shù)實(shí)現(xiàn)地物精細(xì)探測(cè)的應(yīng)用基礎(chǔ)。3、高光譜遙感圖像數(shù)據(jù)表達(dá)：圖像立方體一一成像光譜信息集。二維光譜信息表達(dá)光譜曲線。三維光譜信息表達(dá)一一光譜曲線圖。（書本44頁(yè)）4、成像光譜儀的空間成像方式：（i）擺掃型成像光譜儀。 擺掃型成像光譜儀由光機(jī)左右擺掃和飛行平臺(tái)向前運(yùn)動(dòng)完成二 維空間成像，其線列探測(cè)器完成每個(gè)瞬時(shí)視場(chǎng)像元的光譜維獲取。掃描鏡對(duì)

4、地左右平行掃描成像，即掃描的運(yùn)動(dòng)方向與遙感平臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向垂直。其優(yōu)點(diǎn)：可以得到很大的總視場(chǎng)， 像元配準(zhǔn)好，不同波段任何時(shí)候都凝視同一像元；在每個(gè)光譜波段只有一個(gè)探測(cè)元件需要定標(biāo)， 增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性；由于是進(jìn)入物鏡后再分光，一臺(tái)儀器的光譜波段范圍可以做的很寬， 比如可見光一直到熱紅外波段。其不足之處是：由于采用光機(jī)掃描， 每個(gè)像元的凝視時(shí)間相對(duì)就很短，要進(jìn)一步提高光譜和空間分辨率以及信噪比比較困難。（2）推掃型成像光譜儀。是采用一個(gè)垂直于運(yùn)動(dòng)方向的面陣探測(cè)器，在飛行平臺(tái)向前 運(yùn)動(dòng)中完成二維空間掃描， 它的空間掃描方向是遙感平臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向。其優(yōu)點(diǎn)是：像元的凝視時(shí)間大大增加了，大大的提高系統(tǒng)的靈敏度和

5、信噪比，從而能夠更大地提高系統(tǒng)的空間分辨率和光譜分辨率；另外，由于沒有光機(jī)掃描運(yùn)動(dòng)設(shè)備，儀器的體積相對(duì)較小。其缺點(diǎn)：由于探測(cè)器器件尺寸和光學(xué)設(shè)計(jì)的困難，總視場(chǎng)角不可能做的很大，一般只能達(dá)到30左右；另外，面陣CCD器件上萬(wàn)個(gè)探測(cè)元件的標(biāo)定很困難，而且面陣器件主要集中在可見光、近 紅外波段。5、高光譜圖像的大氣輻射校正：（1）直方圖調(diào)整法。假設(shè)清楚目標(biāo)和模糊目標(biāo)反射率直方圖是一樣的，在圖像中找到清楚目標(biāo)，用清楚目標(biāo)的反射率直方圖來調(diào)整模糊目標(biāo)的反射率直方圖。由于大氣散射影響只作用于短波段，對(duì)可見光意外的紅外波段幾乎沒有，如果影像范圍內(nèi)存在灰度值為零的地物， 其灰度直方圖往往從原點(diǎn)開始，而其他波段

6、的灰度直方圖離原點(diǎn)會(huì)有一段距離，這段距離即為大氣散射引起的灰度直方圖漂移值，依此為改正量進(jìn)行校正，相當(dāng)于從每個(gè)像元灰度值中減去這個(gè)數(shù)值，其他的波段校正量可以由此類推求得。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單實(shí)用。缺點(diǎn)：對(duì)于具有不同反射特征的目標(biāo)物組成的混合像元，以上的做法是不成立的； 氣溶膠空間分布變化大時(shí)，此方法校正的結(jié)果是不正確的。（2）黑暗目標(biāo)法。若圖像存在濃密植被或水體，它們?cè)诳梢姽夂图t外具有低反射，根據(jù)其在此時(shí)特征波段的反射率和其他波段的反射率之間的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)行大氣校正。比如在 ETM+/TM7波段（2.1um）左右的水體反射率應(yīng)該為零，但由于大氣效應(yīng)往往是非零的，確 定此差距，用來可以消除其他波段像元中的

7、大氣干擾。優(yōu)點(diǎn)：此方法方便，目前在中分辨率成像光譜儀 MODIS，MERIS等數(shù)據(jù)處理中廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)：圖像中沒有大范圍分布的濃密植被或水體存在，比如北半球冬天的圖像或沙漠的圖像，此方法無(wú)法使用。6、高光譜圖像的幾何校正：（1）高光譜圖像的幾何粗校正。 也稱為系統(tǒng)校正，一般是利用各種可以預(yù)測(cè)的參數(shù)代 入理論校正公式，把原始圖像糾正到所要求的地圖投影坐標(biāo)系中去，分六個(gè)步驟完成：確定格網(wǎng)點(diǎn)得圖像坐標(biāo)；計(jì)算每個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)對(duì)應(yīng)像元被掃描的時(shí)刻； 計(jì)算每個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)對(duì)應(yīng) 的遙感器外方為元素；把格網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到地面直角坐標(biāo)系； 把地面直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為 地圖投影坐標(biāo)；建立起多項(xiàng)式糾正變換函數(shù)。（2） 高光譜圖像基于

8、地面控制點(diǎn)的幾何精校正。常用于遙感圖像的幾何精較正方法是基于地面控制點(diǎn)的多項(xiàng)式糾正法。該方法的原理是用GCP數(shù)據(jù)對(duì)原始圖像的幾何畸變過程進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬，建立原始的畸變圖像空間與制圖用坐標(biāo)空間之間的某種對(duì)應(yīng)關(guān)系；再利用這種對(duì)應(yīng)關(guān)系吧畸變空間中的全部元素變換到校正圖像中去，實(shí)現(xiàn)幾何精校正。步驟：原始圖像空間與校正空間像元間的數(shù)學(xué)關(guān)系；多項(xiàng)式擬合，是把原始影像的總體變形看成是平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、偏扭等基本變形綜合作用的結(jié)果，從而可以用一個(gè)適當(dāng)?shù)亩囗?xiàng)式來表達(dá)糾正前后圖像相應(yīng)點(diǎn)之間的坐標(biāo)關(guān)系；利用最小二乘原理求解多項(xiàng)式系數(shù)；進(jìn)行灰度重采樣，方法有最近鄰法、雙線性插值法、三次卷積插值法。7、光譜二值編碼的方式

9、：分段編碼；多門限編碼；僅在一定波段進(jìn)行編碼；波段組合二值編碼；波段組合差值編碼；波段組合比值編碼。8、光譜柱狀圖的方法：同一地物類型序列內(nèi)的不同地物的原始光譜曲線R非常的相似，首先需要根據(jù)情況來放大這種差異，放大系數(shù)的設(shè)定取決于放射率之間的差異；然后，在增強(qiáng)的光譜反射率曲線R基礎(chǔ)上，建立一個(gè)從藍(lán)到紅漸變的RGB色標(biāo)塊圖像，進(jìn)行從 RGB到HIS的彩色空間變換，來準(zhǔn)確、定量地描述顏色的特征；接著，將地層光譜分辨率特性增強(qiáng)后的R矩陣替換HIS彩色空間中的飽和度，經(jīng)過彩色空間的反變換，就可以得到光譜柱狀圖。其橫坐標(biāo)表示 波長(zhǎng)，不同顏色代表不同的波長(zhǎng)位置，而顏色的飽和度即色彩的濃淡非常直觀的反映其光

10、譜 反射率的高低。（熟悉書本162頁(yè)的公式）9、遙感圖像分類的效果取決因素：類別的可分性：非人為影響下地原始地物波段具有可分性是遙感圖像分類的前提條件；圖像像元波段空間的維數(shù)：一般來講，在圖像波段信噪比達(dá)到一定要求的情況下，光譜波段越多，越有利于分類；訓(xùn)練樣本的數(shù)量：訓(xùn)練樣本的數(shù)量越大，地物的訓(xùn)練特征越 全面，也具有代表性，因此有利于分類；分類器和分類方案。10監(jiān)督分類樣本的選取原則和步驟:監(jiān)督分類包括利用訓(xùn)練區(qū)樣本建立判別函數(shù)的“學(xué)習(xí)”過程和把待分像元代入判別函數(shù)進(jìn)行判別的過程。對(duì)訓(xùn)練場(chǎng)地的選取具有一定原則：訓(xùn)練場(chǎng)地所包含的樣本在種類上要與待這樣具備代表性。訓(xùn)訓(xùn)練的樣本最少要滿特征空間維數(shù)、

11、各類分區(qū)域的類別一致。 訓(xùn)練樣本應(yīng)在各類目標(biāo)地物面積較大的中心選取, 練的樣本數(shù)目應(yīng)能夠提供各類足夠的信息和克服各種偶然因素的影響,足能夠建立分類用判別函數(shù)的要求。所需的個(gè)數(shù)與所采用的分類方法、 的大小與分布有關(guān)，才能保證協(xié)方差矩陣的非奇異性。11、線性光譜混合模型有哪些及其原理:物理學(xué)描述。像元的混合光譜是像元內(nèi)部各物質(zhì)成分的“純”光譜的面積加權(quán)平均，這里的“純”只是一個(gè)相對(duì)概念，只是在一定空間尺度內(nèi)被認(rèn)為其物質(zhì)組成是單一的。代數(shù)學(xué)描述?；旌瞎庾V的數(shù)學(xué)模型是指像元光譜矢量是其所含所有端元光譜矩陣與各端元光譜 豐度矢量的乘積。幾何學(xué)描述。高光譜圖像中的每個(gè)像元都是其L維特征空間中的一個(gè)點(diǎn)（L為

12、圖像的波段數(shù)），其中由一些稱之為端元的點(diǎn)構(gòu)成了高光譜圖像的基本元素，圖像 中的所有像元都可以由這些端元線性組合而成，凸面幾何學(xué)模型正是以高光譜數(shù)據(jù)在特征空間的這一特殊的幾何特性為基本依據(jù)的。12、端元提取中迭代誤差分析的原理：迭代誤差分析是一種不需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行降維或去冗余而直接對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的端 元提取算法。在該算法中需要多次利用約束線性解混，要求得到的端元使得線性解混后誤差最小。它首先給定一個(gè)初始向量（一般為圖像中所有光譜的均值向量），對(duì)圖像進(jìn)行約束線性解混，這樣就得到誤差圖像。其中誤差最大的像元作為第一個(gè)端元，利用該端元對(duì)圖像進(jìn)行約束線性解混，得到誤差圖像中誤差最大的像元為新的端元，再

13、將新的端元加入到下一步的約束線性解混操作中， 直至在某種準(zhǔn)則條件下求出圖像中的所有端元（如限制求取端元數(shù)或最大誤差值）。13、多源數(shù)據(jù)融合的三個(gè)層次、它們的定義以及優(yōu)點(diǎn) 和局限性：（1）數(shù)據(jù)級(jí)融合。也就是像素級(jí)融合，是將覆蓋同一地區(qū)的系列影像經(jīng)空間配準(zhǔn)后，采用一定算法生成一幅信息更豐富、更可靠的影像。數(shù)據(jù)級(jí)融合是最低層次的圖像融合，也就是在各種遙感器的原始信息未經(jīng)估計(jì)、識(shí)別之前就進(jìn)行信息的綜合與分析，在遙感圖像融合領(lǐng)域主要指對(duì)可見光、紅外、SAR影像的原始數(shù)據(jù)所進(jìn)行融合。優(yōu)點(diǎn)：能夠保持盡可能多得原始信息，提供其他融合層次所不能提供的細(xì)微信息，對(duì)提高遙感圖像分辨率非常重要。缺點(diǎn)：處理信息量大，所

14、以處理時(shí)間長(zhǎng)，實(shí)時(shí)性差，所需代價(jià)高；由于是低層次的融合，傳 感器原始信息的不確定性、不完全性和不穩(wěn)定性要求在融合時(shí)有較高的糾錯(cuò)處理能力；通信的信息量大，導(dǎo)致抗干擾能力差； 各傳感器信息須來自同質(zhì)傳感器、在圖像融合領(lǐng)域要求各傳感器信息之間具有精確到一個(gè)像素的校準(zhǔn)精度。（2）特征級(jí)融合。是指融合前先對(duì)遙感圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，產(chǎn)生特征矢量，如邊緣、 形狀、輪廓、方向、區(qū)域等，融合后做出基于融合特征矢量的屬性說明。特征級(jí)融合首先對(duì) 經(jīng)過預(yù)處理的高光譜圖像進(jìn)行特征提取一一分類和亞像元分解，估計(jì)亞像元的組成和每個(gè)組分在超級(jí)像元中所占的比例，然后結(jié)合高空間圖像的灰度、紋理等信息，進(jìn)一步確認(rèn)亞像元的組成及其

15、在空間的位置，得到高空間分辨率的分類圖。它將高光譜圖像分類技術(shù)和圖像銳 化相結(jié)合，充分利用了高光譜圖像的精細(xì)的光譜信息，提高了地物分類的有效性和準(zhǔn)確性， 在以地物分類為目的的圖像融合中更有意義，它保留了足夠數(shù)量的重要信息，實(shí)現(xiàn)了可觀的信息壓縮，有利于實(shí)時(shí)處理，同時(shí)保證了一定的融合精度。它兼容了數(shù)據(jù)級(jí)融合與決策級(jí)融合的優(yōu)缺點(diǎn)，具有較大的靈活性。（3）決策級(jí)融合。三個(gè)層次中，決策級(jí)融合的層次最高，它直接對(duì)完全不同類型的遙感器或來自不同環(huán)境區(qū)域的感知信息形成局部決策并進(jìn)行最后分析，以得出最終的決策。主要的 優(yōu)點(diǎn)：靈活性高，通信量小，抗干擾能力強(qiáng)；因?yàn)槔酶黝愄卣餍畔ⅲ到y(tǒng)對(duì)信息傳輸帶寬度要求很低；能有效地反映環(huán)境或目標(biāo)不同方面的、不同類型的信息；對(duì)遙感器的依賴性小，具有容錯(cuò)性，當(dāng)一個(gè)或幾個(gè)遙感器出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，通過恰當(dāng)?shù)娜诤希€能獲得正確的結(jié)果。 主要缺點(diǎn)：預(yù)處理代價(jià)高，因?yàn)橐獙?duì)原遙感器信息進(jìn)行預(yù)處理以獲得各自的判別結(jié)果。14、高通濾波法空間域數(shù)據(jù)融合的原理和過程：高通濾波法往往首先將高分辨率圖像的高頻信息經(jīng)過特征提取后加入到低空間分辨率影 像中，從而使得低空間解析度圖像中含有高清晰度影像的空間信息。具體做法是以一個(gè)高通濾波器滑過高清晰度圖像，再逐像元地與低清晰度圖像的每個(gè)波段相加，結(jié)果得到一融合圖像。15、成像光譜儀的定標(biāo)：成像光譜儀的定標(biāo)是要建立成