典型地物反射波譜測量與特征分析復(fù)習(xí)進(jìn)程

1、典型地物反射波譜測量與特征分析精品文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除典型地物反射波譜測量與特征分析一、實驗?zāi)康呐c要求實驗意義：（1）對光譜測量儀器的認(rèn)識：ASD野外光譜分析儀FieldSpecPro是一 種測量可見光到近紅外波段地物波譜的有效工具， 它能夠快速掃描地物， 光線 探頭在毫秒內(nèi)得到地物的單一光譜。 FieldSpec分光儀主要由附屬手提電腦，觀測儀器，手槍式把手，光線光學(xué)探頭以及連接數(shù)據(jù)線組成。通過連接電腦，可實時持續(xù)顯示測量光譜，使得測量者可以即時獲取需要的測量數(shù)據(jù)。（2）對課堂內(nèi)容的認(rèn)識：地物反射光譜是指某種物體的反射率或反射輻射能隨波長變化的規(guī)律， 以波長為橫坐標(biāo)，反射

2、率為縱坐標(biāo)所得到的曲線即為反 射波譜特性曲線。影響地物波譜變化的因素：太陽位置（太陽高度角和方位 角）。不同的地理位置，海拔高度不同。時間、季節(jié)的變化。地物本身差異、 土壤含水量、植被病蟲害。實驗?zāi)康模海?）地物波譜數(shù)據(jù)獲取需要使用地面光譜儀，通過該實驗學(xué)會地面光譜儀 的原理與使用方法。（2）通過對地物光譜曲線分析，比較相異與相似地物反射光譜特征。認(rèn)識 并掌握典型地物反射光譜特征。二、實驗內(nèi)容與方法實驗內(nèi)容（1 ）典型地物反射波譜測量選擇典型地物類型，使用地物光譜儀，開展地物光譜測量，獲得典型地物可 見光近紅外波段（0.4-2.5微米）的反射光譜曲線。地物類型：植被（草地、灌叢），水體（不同水

3、深，有無植被），土壤（裸 土、有少量植被覆蓋土壤），不透水地面（水泥地面、瀝青路面、大理石地 面）。（2）地物波譜特征分析a）標(biāo)準(zhǔn)波譜庫瀏覽b）波譜庫創(chuàng)建c）高光譜地物識別從標(biāo)準(zhǔn)波譜庫選擇端元進(jìn)行地物識別自定義端元進(jìn)行地物識別實驗方法（1） ASD光譜儀簡介FieldSpec Pro 型光譜儀是美國分析光譜設(shè)備 （ASD）公司主要的野外用高光譜測量設(shè)備。整臺儀器重 量7.2公斤，可以獲取3502500nm波長范圍內(nèi)地物的光譜曲線，探測器包括一個用于350-1000nm的512像元NMOS硅光電二極管陣列，以及兩個用于1000-2500nm的單獨(dú)的熱電制冷的銦-鎵-砷光電探測器。便攜式光譜儀是“

4、我國典型地物標(biāo)準(zhǔn)波譜數(shù)據(jù)庫”獲取光譜數(shù)據(jù)的主要設(shè)備。基本技術(shù)參數(shù)：線性度：+/-1%波長精度：+/- 1nm700nm波長重復(fù)性：在校準(zhǔn)溫度的 +/- 10 C范圍內(nèi)優(yōu)于+/- 0.3nm.光譜分辨率:3nm 700nm, 10nm 1400nm and 2100nm.采樣間隔：在350-1000nm 范圍內(nèi)為1.4nm，在1000-2500nm 范圍內(nèi)為 2nm掃描時間：固定的掃描時間為0.1秒，光譜平均最多可達(dá)31,800次等效輻射噪聲）:UV/VNIR（紫外到近紅外）1.4 x 10-9 W/cm2/nm/sr700nmNIR（近紅外）2.4 x 10-9 W/cm2/nm/sr1400

5、nmNIR （近紅外）8.8 x 10-9 W/cm2/nm/sr2100nm圖1 FieldSpec Pro型光譜儀（2）光譜分析方法分波段分析典型地物光譜差異。描述在可見光波段、近紅外波段的各種地物波普特征。三、實驗設(shè)備與材料實驗設(shè)備（1）硬件:ASD光譜儀；手提電腦；白板；GPS;數(shù)碼相機(jī)。（2）軟件：ENVI Classic，ASD 光譜儀配套軟件(RS3 和 View SpecProGraph )實驗材料（1）在學(xué)校校園內(nèi)選擇各種典型地物類型進(jìn)行測量即可。（2）實驗前已測量好的各類數(shù)據(jù)（在野外實驗無法安排時，可以直接給學(xué)生提供提前測量好的各類地物光譜數(shù)據(jù)，用于地物光譜特征分析。）工作

6、要求（1）天氣情況：地面能見度：晴朗，地面能見度不小于 10km，云量要求：太陽周圍90。立體角范圍內(nèi)淡積云量小于 2%，無卷云或濃 積云等，風(fēng)力要求：無風(fēng)或微風(fēng)（測量時間風(fēng)力小于 4級，對植物測量時風(fēng)力最 好小于3級）測量時間：為保持太陽高度角大于45度，且由于北京地區(qū)處于中緯度 地區(qū)，所以測量時間應(yīng)在北京時間10:0014:00 之間，冬季對于測量時 間應(yīng)該更加嚴(yán)格一些。另外，測量速度應(yīng)該滿足 Display Spectral Library View ，在對話框 中顯示的就是ENVI自帶的波譜庫文件；圖：ENVI自帶波譜庫文件(1 )選擇打開Veg_lib (99)中的幾個植被波譜文件；

7、在vegetation波譜庫中選擇6種不同植被的波譜曲線，在下圖可以看到起對應(yīng)的波譜曲線，以及波譜文件的屬性信息，包括常規(guī)信息和曲線信息圖：不同植被波譜曲線(2 )波譜曲線顯示窗口中的功能；在波譜曲線窗口中可以看到4個部分的內(nèi)容:? 導(dǎo)入文件(Import )A SC IL”Jjipprt * UJE柑Op4“J Spectral Library,.F圖：導(dǎo)入數(shù)據(jù)方式此功能可以導(dǎo)入兩種格式的文件，包括ASCII及波譜庫形式存在的文件? 導(dǎo)出文件（Export）HF KENT： j Opt 1OC1F 斗rfll Librarya PDf_pt-,匚 opy f*rinlr-.二 pGwefPo

8、inl.圖：導(dǎo)出數(shù)據(jù)方式導(dǎo)出波譜文件的格式可以分類 4大類：?常見數(shù)據(jù)格式 ASCII與波譜庫文件；?lmage、PDF 及 Postscript 輸出格式；?復(fù)制波譜曲線；?直接打印曲線或在PowerPoint中展示；? 選項工具（Options ）圖：選項功能選項工具中有三個功能：?打開新的Plot窗口 自由拖拽收集的地物波譜；?波譜曲線上顯示十字絲一一一直保持十字絲可見，顯示波譜顯現(xiàn)十字絲節(jié)點(diǎn)含義；?添加波譜圖例不同顏色的波譜曲線代表什么樣的地物，更直觀方便；?波譜曲線X、丫軸代表含義X軸代表：? Wavele ngth :（默認(rèn)顯示）影像波長；? Index :波段i，i代表影像具有i

9、個波段；? Wave nu mber: 波數(shù)，即1/wavele ngth ，波數(shù)與波長成反比關(guān)系，波長越小，波數(shù)就越大。丫軸代表：? Data Value :（默認(rèn)顯示）影像原始值；?包絡(luò)線去除Continuum Removed :繪制數(shù)據(jù)與連續(xù)刪除。連續(xù)的是，套在光譜的頂部的凸包。它分為原始數(shù)據(jù)值，以產(chǎn)生連續(xù)取出的值。在連續(xù)使用中的繪制曲線中所顯示的第一和最后一個數(shù)據(jù)點(diǎn)計算的，所以只對已縮放的圖形，在連續(xù)的基礎(chǔ) 上所顯示的數(shù)據(jù)來計算范圍。? Bin ary En codi ng :二進(jìn)制編碼，重新生成 0與1的波頻曲線。7 CUOIlzTftAHHeA&dCbt 時扌tLCHW|i圖：導(dǎo)出

10、PNG格式的波譜曲線（3 ）波譜曲線屬性顯示窗口?:同一窗口中顯示多個地類的波譜曲線不予重疊顯示；?:恢復(fù)原始數(shù)值范圍曲線顯示；?點(diǎn)擊此功能顯示或者隱臧 Plot Key與曲線屬性；?:移除選中的一個曲線數(shù)據(jù)；?:移除全部的曲線數(shù)據(jù)；?:如果曲線節(jié)點(diǎn)有異?？梢酝ㄟ^此工具進(jìn)行編輯修訂；2.2波譜庫創(chuàng)建ENVI可以從波譜源中構(gòu)建波譜庫，波譜來源包括： ASCII文件，由ASD 波譜儀獲取的波譜文件，標(biāo)準(zhǔn)波譜庫，感興趣區(qū) /矢量區(qū)域平均波譜曲線，波譜 剖面和曲線等。下面介紹波譜庫建立的操作步驟：第一步：輸入波長范圍（1）在 ENVI 中，選擇 Toolbox/Spectral/Spectral Li

11、braries/SpectralLibrary Builder 。打開 Spectral Library Builder對話框。（2）為波譜庫選擇波長范圍和FWHM值，有三個選項：? Data File （ENVI圖像文件）：波長和FWHM 值（若存在）從選 擇文件的頭文件中讀取? ASCII File:波長值與FWHM 值的列的文本文件? First In put Spectrum:以第一次輸入波譜曲線的波長信息為準(zhǔn)選擇First Input Spectrum ，單擊 ok，打開 Spectral Library Builder面板。圖：Spectral Library Builder 對話

12、框第二步：波譜收集在Spectral Library Builder面板中，可以從各種數(shù)據(jù)源中收集波譜，見F表。所有收集的波譜被自動重采樣到選擇的波長空間。表2.1波譜收集方法說明菜單命令功能文本文件(From ASCII file)從包含波譜曲線 x軸和y軸信息的文本文件，當(dāng)選擇好文本文件時候， 需要在In put ASCII File面板中為x軸和y軸選擇文本文件中相應(yīng)的列。當(dāng)選擇 from ASCII file (previous template)時，自動按照前面設(shè)置導(dǎo)入波譜信息。從ASD波譜儀中導(dǎo)入波譜曲線。波譜文件將被自動重米樣以匹配波譜庫1from ASD中的設(shè)置。當(dāng) ASD文件

13、的范圍與輸入波長的范圍不匹配，將會產(chǎn)生一個Bi nary Files全0結(jié)果。from Spectral Libraryfrom ROI/EVF from in put file從標(biāo)準(zhǔn)波譜庫中導(dǎo)入波譜曲線。從ROI或者矢量EVF導(dǎo)入波譜曲線，這些ROI /EVF 關(guān)聯(lián)相應(yīng)的圖像，波譜就是ROI/EVF 上每個要素對應(yīng)圖像上的平均波譜。from Stats fileFrom PlotWin dows從統(tǒng)計文件中導(dǎo)入波譜曲線，統(tǒng)計文件的均值波譜將被導(dǎo)入。從Pot窗口中導(dǎo)入波譜曲線。F面介紹從高光譜圖像數(shù)據(jù)中收集波譜和從ASD波譜儀中導(dǎo)入波譜曲線啟動 ENVI，打開高光譜數(shù)據(jù) CupriteRefl

14、ectance.dat。?收集圖像上某個像元的波譜：（1）選擇 DisplayProfileSpectral ，在 Spectral Profile 對話框中，顯 示當(dāng)前鼠標(biāo)點(diǎn)的剖面曲線。找到要收集的像元，鼠標(biāo)選中，該像元的波譜曲線 顯示（2）回到 Spectral Library Builder 面板中，選擇 Import From PlotWindows，將所收集的波譜選中導(dǎo)入。（3）導(dǎo)入的波譜顯示在列表中，在波譜名稱（Spectrum Name ）字段對應(yīng)的記錄雙擊鼠標(biāo)以修改波譜名稱。同樣的方法可以修改顏色（Color ） 字段的信息。KMJXJmb*fM * bjtlHgf 9|UIt

15、-I匚“！fXb*fM * bjtlHgf 舟憶 ShAibI RAklbrLFHnbQx I w-kLuktU y iklqj圖：Import from Plot Windows面板這種方法是從圖像上獲取單個點(diǎn)的波譜曲線，也可以獲取某個區(qū)域的平均 波譜曲線，如ROI文件或者矢量文件。? 收集ROI或矢量文件范圍的平均波譜（1 ）在ENVI主菜單中，選擇 FileOpen，打開ROICupriteMi neralROls.xml感興趣樣本文件。(2)回到 Spectral Library Builder 面板中，選擇 Import fromROI/EVF from input file，選擇高

16、光譜文件 CupriteReflectance.dat作為波譜來源。圖：Spectral Library Builder 面板選中某一類感興趣區(qū)，如方解石Calcite，點(diǎn)擊Plot，繪制該感興趣區(qū)的平均光譜曲線。如JS0圖：方解石Calcite的平均光譜曲線第三步：保存波譜庫Spectral Library Builder 面板中，點(diǎn)擊 Select All，將樣本全部選 中；Spectral Library Builder 面板中，選擇 FileSave Spectra AsSpectral Library ，打開 Output Spectral Library 面板；(3 )在Outpu

17、t Spectral Library面板中，可以輸入以下參數(shù)：? Z剖面范圍(Z Plot Range ):空白(丫軸的范圍，根據(jù)波譜值自動 調(diào)節(jié))? X軸標(biāo)題(X Axis Title ):波長? 丫軸標(biāo)題(丫 Axis Title ):反射率? 反射率縮放系數(shù)(Reflectanee Scale Factor ):空白?波長單位(Wavelength Units ) : Nanometers? X 值縮放系數(shù)(X Scale Factor ) : 1? Y 值縮放系數(shù)(丫 Scale Factor ) : 1(4 )選擇輸入路徑及文件名，單擊 OK保存波譜庫文件。圖：保存波譜庫參數(shù)設(shè)置面板

18、從ASD波譜儀中導(dǎo)入波譜曲線1 .使用VSP軟件輸出ASCII files打開 View SpecPro Graph，導(dǎo)出儀測量數(shù)據(jù)。選擇.asd數(shù)據(jù)具體步驟如下：ViewSpecProVersio n5.6-files-ope n-精品文檔占 -iew,SLizft P.r-unr; i.jFilti Process Viuv Smtu 疔 Help收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除4 -： r- p1- 1 ilmq;環(huán)咀屋包*無舊質(zhì)卜t* diban00W3.ai.ci丄 tfibJrVWBM 加乞dK & H4 LtHllF文潔r芝片h-i-尿滬鐵至存JibanOOCilQ.ad A

19、 dibnOOOL l.td .A dibdrT?9912.ddibdnooai.asd 仝 dibsHOTOIJ.a-cl JibanOG&li.d ij Ju cl i-banOQOl h . dibanflOOO. asd* di 1)41100001. Aid kllI 儷 I圖2 View SpecPro加載數(shù)據(jù) Views pec Pro Version .6File fYacest. VWw- &tuu Hip卜御 I瀰 I：圏 卜閩KWh I:礎(chǔ)滇薩 I:啖回： L詼酹問f慣ii 存潰晝感弋羈畐應(yīng)而麗r荷 研髓畫開恰:遙爲(wèi)L.li乓-拒訂也陽叩皿厲田 重開怕詵聲 壞幣；3劇L

20、譜珀擲血出“叩血品 閣TM謹(jǐn)感井愷金易先酋埶強(qiáng)廠B由聞皿JU島丄 叵卜愷盃磐世囁也心謹(jǐn)出即J訕batODOS.血 屢4憤說務(wù)貢11第1九譜埜擴(kuò)V ibanDOOTE.oKdtfiil劈甕 庇適總W： 直渥騎卯 悒話!開*噴皇感光噲氧據(jù)盯StbarOJJMaE t洼轉(zhuǎn)詵褂誌攜T也“如血總Kl 意兀戌I般刪劇1WbanDDn9.3&d 豈至鹽I土邏割拯羅caraODIO.aEdIVdfcwiQODIlad |1 sdbnOOD1i.?= iTdhanOOndri hTWibiriODm 扎 dtdiMyihananmFaB-盤Hl|資8尸悄進(jìn)騎環(huán)胃2或說帝歆振v風(fēng)” mm 7込I：強(qiáng)迪薩愷倉騎苔墳

21、電闞媲埶損年ojanOODlS.atd卜噴凰F性證邑訃能玄旦*込就按牢咱DMUUD20.血j-re：圖3選擇數(shù)據(jù)文件精品文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除Setup-Output directoryFile-Open 選擇 ASD spectra files (*.asd)View- Graph data to browse the spectral dataGo to Process-ASCII Export , choose Reflectance if that s the dataou have collected. Select Print Header Information

22、 as that will give you really useful information on the instrument. Then click OK to proceed.2 .使用ENVI進(jìn)行光譜庫的建立。在 Spectral Library Builder window, 選擇 Import - fromASCII file選擇你要分析的數(shù)據(jù)。2.3高光譜地物識別高光譜圖像分類方法與傳統(tǒng)的多光譜分類有本質(zhì)的區(qū)別，從高光譜圖像的 每個像元均可以獲取一條連續(xù)的波譜曲線，就可以考慮用已知的波譜曲線和圖 上每個像元獲取的波譜曲線進(jìn)行對比，理想情況下兩條波譜曲線一樣，就能說 明這個像元

23、是哪種物質(zhì)。我們把高光譜圖像分類、物質(zhì)識別、探測等稱為波譜 識別。ENVI提供許多波譜分析方法，包括：二進(jìn)制編碼、波譜角分類、線性波 段預(yù)測（LS-Fit）、線性波譜分離、光譜信息散度、匹配濾波、混合調(diào)諧匹配 濾波（MTMF ）、包絡(luò)線去除、光譜特征擬合、多范圍光譜特征擬合等。下面以一高光譜數(shù)據(jù)為例，學(xué)習(xí)用波譜角分析方法從高光譜圖像中識別物 質(zhì)的操作過程。2.3.1從標(biāo)準(zhǔn)波譜庫選擇端元進(jìn)行地物識別第一步：端元波譜收集ENVI的端元波譜收集途徑非常多，包括 ASCII文件、ASD測量文件、波 譜庫、ROI/矢量文件、統(tǒng)計文件、剖面波譜圖、N維可視化分析器、二維散點(diǎn) 圖、SMACC工具等。這里我們

24、選擇從波譜庫中收集端元波譜的方式。（1）啟動 ENVI，打開高光譜數(shù)據(jù) CupriteReflectance.dat（2）單擊主菜單 Display-Spectral Library Viewer ，打開 usgs（1994）-mi nerals_asd_2151.sli，點(diǎn)擊 Alu nite、Calcite、Preh nite、Protla nn dite ，收集這些礦物的端元波譜并自動繪制在右側(cè)的窗口中，將 這四條光譜曲線繪制在新的波譜顯示窗口，修改每條曲線為中文名； Li iEnade.! ill (53) a Lj31ha tftZl 17-131 (S)t 135 KTBa)de-

25、_!b)主 中 K=j-*!adte-_ljMeckas 11 (TJ ,曲瞬初釗輿1 沖護(hù);祠！ 厲？ | 卉 Ul itiHM*JbKtaun_*論 vl I C7) t L1 itraade.becbi化怛s!9(2)主也I UM4e_nje*1ill 卻由iwzl(14 K2W triiu* Jti*i 業(yè)Ml垢rS-IR* tflfxCttnrcaclkt hl存 iu Cmt fit IL9!3T m 防 rl -n!ncrHl-5re Frb ELF .ijiG跡Ihltr CP時刑UK LFb I Iwerite KIE11. a coirts m “ ItfeierLfe K

26、IEDtl-l- FIm 0asm3, (wil&彌二乜wie.fTrltf CDSttlcLVlr.L； 1 knrrl r.t? miiLMtH 11 (JT -Lil 胡 hEX13 a：.a Lk *VivclerEh * TMTdlw右n石Ir.KTr圖：從波譜庫中收集端元波譜第二步：物質(zhì)識別(1 )在 Toolbox 中，打開 /Classification/Endmember Collection工具，在文件對話框中選擇高光譜數(shù)據(jù)CupriteReflecta nce.dat ；(2 )在 Endmember Collection 面板中，選擇 Import from PlotW

27、indows。將4個端元波譜全部選中，點(diǎn)擊 OK ； 選擇 Algrithm Spectral A ngle Map per波譜角識別方法。單擊Select All，選中所有的端元波譜。FileAJggrillmHelpdi! (Jull Scerxr) laekTtel ecteOihs0559世ttrsbandh 丄0訕k . 4Ji Spectral，在圖像上定位到像素坐標(biāo)為：（467,412 ）的像元，即在工具欄 Go To輸入467,412回車，將該像元的光譜曲線顯示在窗口中圖：(467,412 )像元的波譜曲線在 Toolbox 中，打開 /Classification/Endmember Collection工具，在文件對話框中選擇高光譜數(shù)據(jù)CupriteReflecta nce.dat；(4 )在 Endmember Collection面板中，選擇 Import -from PlotWindows。將顯示的端元波譜選中，點(diǎn)擊 OK ；單個像素的波譜曲線收集好了，下面是收集一個區(qū)域的平均波譜。(5 )在圖層管理器中 CupriteReflectance.dat上點(diǎn)擊右鍵New RegionOf Interest，找到一片需要識別的區(qū)域