高光譜實(shí)習(xí)報(bào)告

1、高光譜遙感實(shí)習(xí)報(bào)告 1、通過(guò)給定的數(shù)據(jù)1DATA（excel文檔格式）建立光譜庫(kù)，并將該光譜庫(kù)數(shù)據(jù)重采樣至TM傳感器的光譜分辨率。1.1光譜庫(kù)重采樣 使用“Spectral Libraries | Spectral Library Resampling”子菜單進(jìn)行光譜庫(kù)重采樣。在“Spectral Resampling Parameters”對(duì)話(huà)框里，選擇 “Input Data File” 作為重采樣方法, 第一步：出現(xiàn)“File Containing Output Wavelength”對(duì)話(huà)框時(shí)，點(diǎn)擊需要的文件名。此時(shí)是can_tmr.img作為參考文件，也就是說(shuō)光譜庫(kù)中的光譜將以TM的波

2、長(zhǎng)范圍進(jìn)行重采樣。如下系列圖所示：第二步：點(diǎn)擊【OK】開(kāi)始重采樣過(guò)程。數(shù)據(jù)文件在它的相關(guān)文件頭中，必須包含用于重采樣的波長(zhǎng)數(shù)值。如果在文件頭中，出現(xiàn) FWHM 值，它們也將用于重采樣。（1）在“Available Bands List”中出現(xiàn)重采樣后的光譜庫(kù)。（2）通過(guò)光譜庫(kù)查看功能查看重采樣后的光譜數(shù)據(jù)。第三步：通過(guò)光譜庫(kù)查看重采樣后的結(jié)果1.2光譜庫(kù)建立 操作步驟： 第一步：選擇“Spectral | Spectral Libraries | Spectral Library Builder”。 第二步：出現(xiàn)“Spectral Library Builder”對(duì)話(huà)框時(shí)，從 “Data Fi

3、le” (ENVI 圖像文件)或ASCII File” 、或“File Input Spectrum”，為新庫(kù)選擇數(shù)據(jù)源。第三步：出現(xiàn)“File Containing Output Wavelength”對(duì)話(huà)框時(shí)，用標(biāo)準(zhǔn)選擇程序選擇包含波長(zhǎng)和可選項(xiàng)FWHM值的輸入文件。（1）當(dāng)采用 “Data File”，波長(zhǎng)和 FWHM 值（若存在）從 ENVI 頭文件中讀取。如圖18. （2）當(dāng)采用 “ASCII File”, 必須選上包含波長(zhǎng)值與 FWHM (若存在)的列。（3）當(dāng)采用“file input spectrum”時(shí)直接彈出Spectral Library Builder 對(duì)話(huà)框（4）點(diǎn)擊【

4、OK】。出現(xiàn)“Spectral Library Builder”對(duì)話(huà)框，允許選擇光譜庫(kù)。如圖第四步：“Spectral Library Builder”對(duì)話(huà)框運(yùn)用這一對(duì)話(huà)框從各種數(shù)據(jù)源中收集端元光譜。所有光譜自動(dòng)被重采樣到選擇的波長(zhǎng)空間。這一對(duì)話(huà)框的個(gè)別部分見(jiàn)下面描述（參見(jiàn)錯(cuò)誤！未找到引用源。節(jié)“端元收集”）。第五步：此時(shí)例子選擇的為野外采集光譜文件“ASD file”則根據(jù)選擇的波長(zhǎng)建立光譜庫(kù)。由選擇的光譜建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)ENVI光譜庫(kù)文件。可以看到，該光譜曲線(xiàn)已經(jīng)被采樣到can_tmr.img文件的波長(zhǎng)范圍了，即6個(gè)波段。這表明輸入的ASD數(shù)據(jù)已經(jīng)被ENVI識(shí)別并已經(jīng)可以使用了。那么下一步就是

5、將其保存為ENVI的光譜庫(kù)文件。第六步：在“Endmember Collection Spectra”對(duì)話(huà)框中選擇“File | Output Spectra | Spectral Library”。第七步：出現(xiàn)“Output Plots to Spectral Library”對(duì)話(huà)框時(shí)，輸入輸出文件名，此時(shí)該光譜庫(kù)就已經(jīng)被建立。第八步：關(guān)閉“Spectral Library Builder”對(duì)話(huà)框，選擇“File | Cancel”2、對(duì)數(shù)據(jù)2構(gòu)建三維影像立方體。操作步驟： 第一步：選擇“Spectral | Building 3D Cube”菜單第二步：輸入構(gòu)建3維影像立方體文件，選擇EN

6、VI自帶的cup95eff高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。第三步：彈出“3D Cube RGB Face Input Bands”對(duì)話(huà)框，輸入影像RGB，用于影像立方體第一層顯示。第四步：彈出“3D Cube Parameters”對(duì)話(huà)框，選擇色彩對(duì)應(yīng)表，顯示立方體其他部分的顏色對(duì)應(yīng)表。第五步：顯示結(jié)果3、對(duì)數(shù)據(jù)2的column=10的位置進(jìn)行光譜切面。3.1水平切面 操作步驟： 第一步：選擇“Spectral | Spectral Slices | Horizontal Slice”。第二步：出現(xiàn)“Spectral Slice Input File”對(duì)話(huà)框時(shí)，選擇一個(gè)輸入文件和需要的光譜子集第三步：出現(xiàn)

7、“Spectral Slice Parameters”對(duì)話(huà)框時(shí)，在標(biāo)有 “Line” 的文本框里輸入用于水平切面的行數(shù)第四步：選擇輸出到 “File” 或 “Memory”。如果選擇輸出到 “File”，輸入一個(gè)輸出文件名，或用【Choose】按鈕選擇一個(gè)輸出文件名。 第五步：一旦所有參數(shù)都已經(jīng)輸入，點(diǎn)擊【OK】繼續(xù)。水平光譜切面圖像將被添加到“Available Bands List”中，可以用標(biāo)準(zhǔn) ENVI 功能顯示和處理。3.2垂直切面 操作步驟：第一步：選擇“Spectral | Spectral Slice | Vertical Slice”。第二步：出現(xiàn)“Spectral Slic

8、e Input File”對(duì)話(huà)框時(shí)，選擇一個(gè)輸入文件和需要的光譜子集。第三步：出現(xiàn)“Spectral Slice Parameters”對(duì)話(huà)框時(shí)，在標(biāo)有 “Sample” 的文本框里，為垂直切面輸入一個(gè)樣本數(shù)。第四步：選擇輸出到 “File” 或 “Memory”。如果選擇輸出到 “File”，輸入一個(gè)輸出文件名，或用【Choose】按鈕選擇一個(gè)輸出文件名。第五步：一旦所有參數(shù)都已經(jīng)輸入，點(diǎn)擊【OK】繼續(xù)。垂直光譜切面圖像將被添加到“Available Bands List”中，可以用標(biāo)準(zhǔn) ENVI 功能顯示和處理。4、對(duì)數(shù)據(jù)2進(jìn)行包絡(luò)線(xiàn)去除，指出包絡(luò)線(xiàn)去除后的光譜與原始光譜曲線(xiàn)的區(qū)別。操作步

9、驟： 第一步：選擇“Spectral | Mapping Methods | Continuum Removal”。第二步：出現(xiàn)“Continuum Removal Input File”對(duì)話(huà)框時(shí)，選擇輸入文件，選取的空間或光譜子集或掩模。第三步：點(diǎn)擊【OK】。第四步：出現(xiàn)“Continuum Removal Parameters”對(duì)話(huà)框，選擇輸出到“Memory”或“File”。如果選擇輸出到“File”，輸入一個(gè)輸出文件名。第五步：點(diǎn)擊【OK】，開(kāi)始處理。出現(xiàn)一個(gè)狀態(tài)窗口，顯示處理的進(jìn)度。最終結(jié)果將出現(xiàn)在“Available Bands List”里。5、對(duì)數(shù)據(jù)2利用MNF變換進(jìn)行特征提取

10、，并比較提取后的特征光譜與原始光譜特征光譜的區(qū)別。MNF變換（MNF Rotation）實(shí)現(xiàn)對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行最小噪聲分離，具體實(shí)現(xiàn)參見(jiàn)下面步驟：第一步：選擇“Spectral | MNF Rotation | Forward MNF | Estimate Noise Statistics from Data”菜單進(jìn)行MNF變換。第二步：在“MNF Transform Input file”中選擇進(jìn)行MNF變換的影像，此處選擇的是ENVI自帶的cup95eff AVIRIS高光譜影像，為了運(yùn)算速度，本次實(shí)驗(yàn)只選擇了該影像的子集（通過(guò)“Basic Tools | Resize Data”工具進(jìn)行）。

11、第三步：彈出“Forward MNF Transform Parameters”對(duì)話(huà)框，輸入MNF變換所需要的參數(shù)。輸出噪聲統(tǒng)計(jì)文件；輸出MNF統(tǒng)計(jì)文件；選擇輸出到 “File” 或 “Memory”。如果選擇輸出到 “File”，輸入一個(gè)輸出文件名，或用【Choose】按鈕選擇一個(gè)輸出文件名；選擇是否通過(guò)特征值選擇子集；輸出MNF文件的波段數(shù)的選擇。第四步：在波段列表中輸出MNF影像以及特征值曲線(xiàn)圖，從圖中可以看出大約在第20個(gè)波段以后的MNF波段的特征值很小，因此如果進(jìn)行降維的話(huà)可以選擇20左右，此例選擇20。6、利用PPI算法對(duì)數(shù)據(jù)2提取像元的純凈指數(shù)，解釋結(jié)果圖像的意義，并通過(guò)設(shè)置閾值

12、提取端元。像元純凈指數(shù)（Pixel Purity Index，PPI）是一種在多光譜和高光譜圖像中尋找光譜純凈像元的方法。6.1 Fast New Output Band 操作步驟： 第一步：選擇“Spectral |Pixel Purity Index | FAST New Output Band”。第二步：出現(xiàn)“Fast Pixel Purity Index Input File”對(duì)話(huà)框時(shí)，選擇一個(gè)輸入文件或用標(biāo)準(zhǔn)ENVI光譜和空間子集程序選擇子集。PPI 運(yùn)行 MNF轉(zhuǎn)換結(jié)果，光譜子集根據(jù)特征圖像和特征值圖排除噪聲波段。此時(shí)采用上一節(jié)MNF變換后的例子，經(jīng)分析得知第20個(gè)波段以后的特征值

13、很?。ㄈ鐖D），因此只需要選擇前20個(gè)波段進(jìn)行處理。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是可以在不影響精度的情況下加快PPI的運(yùn)算速度。點(diǎn)擊【OK】后，ENVI會(huì)提示用戶(hù)需要的內(nèi)存數(shù)。第三步：點(diǎn)擊【OK】繼續(xù)。出現(xiàn)“Pixel Purity Index Parameters”對(duì)話(huà)框，進(jìn)行PPI參數(shù)設(shè)置第四步：在同一地方重新開(kāi)始，選擇“Spectral | Pixel Purity Index | Existing Output Band” 第五步：顯示PPI處理結(jié)果。如所示。結(jié)果圖中的每個(gè)像元被標(biāo)記為極值的總次數(shù)，也就是說(shuō)圖中像素越多，它被標(biāo)記為極值的總次數(shù)也越多，像元越純的可能性就越大。6.2用PPI圖像進(jìn)行端元（E

14、ndmember）選擇操作步驟： 第一步：用標(biāo)準(zhǔn) ENVI 顯示程序顯示圖像比較亮的像元表示采用的光譜極值較多，光譜比較純。較暗的像元表示光譜純度較低。第二步：在 ENVI主窗口處選擇“Tools | Cursor Location/Value”以判定圖像中值的范圍。第三步：選擇“Tools | Region of Interest | Band Threshold to ROI”來(lái)生成一個(gè)只包含 PPI 高值的像元。9、利用線(xiàn)性混合分解技術(shù)（linear spectral unmixing）對(duì)數(shù)據(jù)3進(jìn)行混合像元分解。操作步驟： 第一步：選擇“Spectral | Mapping Method

15、s | Linear Spectral Unmixing”。第二步：出現(xiàn)“Unmixing Input File”對(duì)話(huà)框，選擇一個(gè)輸入文件，（若需要）用標(biāo)準(zhǔn)ENVI光譜和空間子集以及掩模程序選取的空間子集或用一個(gè)掩模。選擇進(jìn)行分解的影像為ENVI自帶的高光譜影像“wuhanTM”影像。通過(guò)ROI選擇了6個(gè)端元第三步：點(diǎn)擊【OK】繼續(xù)。出現(xiàn)“Endmember Collection：Unmixing”對(duì)話(huà)框。選擇“Import from ROI/EVF file”。 當(dāng)所有需要的端元都已經(jīng)選上以后，點(diǎn)擊“Endmember Collection:Unmixing”對(duì)話(huà)框底部的【Apply】按鈕。

16、第四步：彈出“Unmixing Parameters”對(duì)話(huà)框。如果用戶(hù)想在分解過(guò)程中運(yùn)用限制性條件則用箭頭切換按鈕選擇【Yes】。如果選擇了【Yes】，在“Weight”文本框里輸入一個(gè)權(quán)重。這一權(quán)重被添加在分解倒置過(guò)程中的聯(lián)立方程里。權(quán)重越大，所進(jìn)行的分類(lèi)就越滿(mǎn)足設(shè)定的限制條件。第五步：選擇輸出到“Memory”或“File”。如果選擇輸出到“File”，輸入一個(gè)文件名。第六步：點(diǎn)擊【OK】，開(kāi)始光譜分解。出現(xiàn)一個(gè)顯示處理狀態(tài)的窗口。第七步：混合光譜分解的結(jié)果。光譜分解的結(jié)果將以一系列灰度圖像的形式出現(xiàn)，每個(gè)端元對(duì)應(yīng)一幅豐度圖像，并加上一個(gè)平方根誤差圖像。較高的豐度（RMS誤差圖像的較大誤差

17、）對(duì)應(yīng)較亮的像元。例如，在下圖中，較亮的像元代表了在該圖中該端元的豐度較高。豐度值在01的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，但是也有可能出現(xiàn)負(fù)值和大于1的值。錯(cuò)誤的豐度象征著錯(cuò)誤的端元。結(jié)果由輸入的端元決定，且隨端元的變化而變化。10、利用光譜沙漏向?qū)В╯pectral hourglass wizard）實(shí)現(xiàn)對(duì)光譜角分類(lèi)（SAM）制圖。操作步驟： 第一步：打開(kāi)“Spectral | Spectral Hourglass Wizard”菜單第二步：打開(kāi)向?qū)?duì)話(huà)框，該對(duì)話(huà)框?yàn)榻榻B對(duì)話(huà)框，選擇“Next”進(jìn)行下一步。第三步：在下一個(gè)對(duì)話(huà)框中點(diǎn)擊【Select Input File】和【Select Output Root

18、 Name】選擇輸入輸出文件。選擇“Next”進(jìn)行下一步。如圖第四步：進(jìn)行MNF變換，選擇輸出MNF波段的數(shù)目。此處可以選擇一個(gè)空間子集進(jìn)行操作，選擇“Next”進(jìn)行下一步。如圖第五步：得到MNF結(jié)果，被保存且在波段列表中可以顯示。選擇是否查看和動(dòng)畫(huà)顯示。如果不滿(mǎn)意結(jié)果可以選擇“Prev”返回之前的操作重新進(jìn)行，否則選擇“Next”進(jìn)行下一步。第六步：計(jì)算數(shù)據(jù)維數(shù)，通過(guò)MNF變換可以降低數(shù)據(jù)維數(shù)，點(diǎn)擊【Calculate Dimensionality】，彈出“Spatial Coherence Threshold”對(duì)話(huà)框，根據(jù)空間相關(guān)性閾值確定其數(shù)據(jù)維數(shù)為23（圖中紅線(xiàn)表示）。如果不滿(mǎn)意結(jié)果可

19、以選擇“Prev”返回之前的操作重新進(jìn)行，否則選擇“Next”進(jìn)行下一步。第七步：選擇是否從影像獲取端元。從影像獲取端元如下所示，手動(dòng)方式請(qǐng)參見(jiàn)錯(cuò)誤！未找到引用源。節(jié)“端元收集”。如果不滿(mǎn)意結(jié)果可以選擇“Prev”返回之前的操作重新進(jìn)行，否則選擇“Next”進(jìn)行下一步第八步：進(jìn)行PPI計(jì)算。該步采用PPI獲取純凈端元選擇，設(shè)置PPI相關(guān)參數(shù)，參數(shù)含義參見(jiàn)像元純凈指數(shù)四、節(jié)“像元純凈指數(shù)”功能，如果不滿(mǎn)意結(jié)果可以選擇“Prev”返回之前的操作重新進(jìn)行，否則選擇“Next”進(jìn)行下一步第九步：得到PPI結(jié)果，選擇在n維可視化儀顯示的最大PPI的像素?cái)?shù)，如果不滿(mǎn)意結(jié)果可以選擇“Prev”返回之前的操作重新進(jìn)行，否則“Next”進(jìn)行下一步第十步：利用N維可視化界面進(jìn)行端元選擇，該功能首先自動(dòng)聚類(lèi)選擇相應(yīng)的端元供用戶(hù)參考，如此時(shí)選擇了23個(gè)端元。點(diǎn)擊【Retrieve Endmember】將n維可視化儀獲得的端元列于“Endmember