文檔高光譜遙感

高光譜遙感基本概念1、高光譜遙感特點(diǎn)波段特點(diǎn)：波段多、波段寬度窄、不斷連續(xù)數(shù)據(jù)量特點(diǎn)：數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)冗余增加2、波譜空間與光譜空間光譜特征空間：以波段為維度的空間，波段增加會(huì)導(dǎo)致光譜空間維度增加。波普特征空間：不同波段影像所構(gòu)成的測(cè)度空間。3、高光譜數(shù)據(jù)圖譜合一的特點(diǎn)高光譜數(shù)據(jù)同時(shí)反映地物的空間特征（圖）和光譜特征（譜）。成像光譜儀1、成像光譜儀的空間成像方式和光譜成像方式的含義空間成像方式：從影像二維空間形成角度考察成像光譜儀的工作方式。光譜成像方式：從光譜維數(shù)據(jù)形成的角度考察成像光譜儀的工作方式。2、成像光譜儀的瞬時(shí)視場(chǎng)角（IFOV）儀器視場(chǎng)角（FOV）瞬時(shí)視場(chǎng)角：以毫弧度為計(jì)量單位，所對(duì)應(yīng)的地面大小被稱為地面分辨單元。儀器視場(chǎng)角：儀器掃描鏡在空中掃過(guò)的角度，與系統(tǒng)平臺(tái)高度決定了地面掃描幅寬。擺掃型：?jiǎn)蝹€(gè)像元凝視時(shí)間短,進(jìn)一步提升光譜分辨率和信噪比較困難。推掃型：凝視時(shí)間長(zhǎng),分辨率高,儀器體積小(無(wú)光機(jī)),視場(chǎng)角小(30°)定標(biāo)量大不穩(wěn)定。3、成像光譜儀的三種定標(biāo)方式共性：出于同一目的，特定情況下都是不可缺少的。差異：處于不同階段，考慮因素不同，入瞳輻射值獲取方式不同（實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)：有實(shí)驗(yàn)室測(cè)得，原始定標(biāo)，準(zhǔn)確度高，后續(xù)定標(biāo)基礎(chǔ)）（機(jī)上星上定標(biāo)：綜合性定標(biāo)，對(duì)前一項(xiàng)進(jìn)行的修正，機(jī)上星上測(cè)得考慮搬運(yùn)安裝操作影響）（場(chǎng)地定標(biāo)：入軌后實(shí)際運(yùn)行情況，大面積均勻地表做參照,考慮大氣傳輸，多通道大范圍）場(chǎng)地定標(biāo)的常用方法：反射基法（氣溶膠參數(shù)）、輻照度基法（過(guò)程）、輻亮度基法（人力）機(jī)上定標(biāo)一般使用內(nèi)定標(biāo)法，星上定標(biāo)受制于體積一般進(jìn)行輻射定標(biāo)（人造輻射源/太陽(yáng)）光譜定標(biāo)：確定成像光譜儀增益系數(shù)和偏置量之前，必須通過(guò)光譜定標(biāo)，獲得成像光譜儀每個(gè)波段的中心波長(zhǎng)和帶寬。輻射定標(biāo)：確定成像光譜儀在該波長(zhǎng)小輸入輻射能與輸出響應(yīng)關(guān)系（增益系數(shù)和偏置量）4、空間分辨率和光譜分辨率光譜分辨率：指探測(cè)器波長(zhǎng)方向上的記錄寬度，又稱波段寬度（50%）空間分辨率：由儀器瞬時(shí)視場(chǎng)角決定，地面分辨單元。分光系統(tǒng)分出的色散光源再匯集到探測(cè)器上，成像光譜儀獲得圖像有光譜與空間分辨率。地物光譜重建目的實(shí)現(xiàn)從影像像元光譜特性的定量化表達(dá)。核心建立像元灰度值與光譜反射率之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，DN-->ρ高光譜數(shù)據(jù)降維（立足于高維數(shù)據(jù)由使用目的對(duì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇）1、高光譜數(shù)據(jù)的高維特征（不同于低維的分布特點(diǎn)）（降維原因）信息冗余量大,超維幾何體體積迅速增加,維數(shù)災(zāi)難,參數(shù)估計(jì)(樣本量大),高階統(tǒng)計(jì)特性（維數(shù)災(zāi)難：訓(xùn)練樣本不足時(shí)出現(xiàn)的樣本點(diǎn)數(shù)目一定時(shí)，分類精度隨維度增加“先增后降”）（高階統(tǒng)計(jì)特性：高維數(shù)據(jù)分類時(shí)除數(shù)據(jù)點(diǎn)分布絕對(duì)位置外，數(shù)據(jù)分布形狀與方向更重要）（考慮均值向量分類精度隨維度增加先增后減，考慮方差分類精度提升）2、可分性準(zhǔn)則（判據(jù)）（基于幾何距離，基于概率密度）概念：從高維數(shù)據(jù)中得到一組用來(lái)分類的特征，需要一個(gè)定量標(biāo)準(zhǔn)衡量特征對(duì)分類的有效性。特點(diǎn)：通過(guò)已知類別先驗(yàn)知識(shí)，衡量當(dāng)前特征空間對(duì)類別的區(qū)分效果。構(gòu)造原則：直接體現(xiàn)降維后特征空間的類別可分性。（衡量概率密度重疊度）（2）紅邊分析以紅邊起始位置和紅邊斜率為分析對(duì)象，建立與植被健康狀況密切相關(guān)的模型。（PPT）（3）光譜倒數(shù)光譜倒數(shù)可增強(qiáng)光譜曲線在坡度上的表現(xiàn)，光譜倒數(shù)波形分析可消除部分大氣效應(yīng)。（4）光譜積分求某一波長(zhǎng)范圍內(nèi)的下覆面積，由高光譜數(shù)據(jù)得到多光譜數(shù)據(jù)。3、光譜曲線函數(shù)模擬法目的：為準(zhǔn)確通過(guò)數(shù)學(xué)形式模擬部分典型地物的典型波態(tài)確定特征點(diǎn)位，將光譜曲線轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)函數(shù)進(jìn)行表達(dá)。特點(diǎn)：曲線平滑去噪，離散點(diǎn)變?yōu)榉€(wěn)定曲線特征點(diǎn)更具代表性，參數(shù)有針對(duì)性和實(shí)用意義?；旌瞎庾V分解1、基本概念（混合以累加形式存在）1、混合光譜：往往一個(gè)像元覆蓋范圍內(nèi)的地表包含不同的覆蓋成分,一個(gè)像元用一個(gè)信號(hào)記錄這些異質(zhì)成分,形成混合像元現(xiàn)象,制約分類精度,這些像元稱為混合像元。2、端元與豐度：像元對(duì)應(yīng)地表的地物組成成分稱為端元，各成分比稱為豐度。3、混合像元分解：確定端元類型和相應(yīng)豐度的過(guò)程稱為混合像元解混。4、主要成因：物質(zhì)混合（線性），大氣傳輸因素（非線性），儀器因素（非線性校準(zhǔn)定標(biāo)）。5、混合光譜模型類型：線性模型與非線性模型(出發(fā)點(diǎn)相同，其他地面特征和影響因素不同)線性、概率（二類問(wèn)題）、幾何光學(xué)、隨機(jī)幾何、模糊分析……2、線性光譜混合模型（1）物理學(xué)像元混合光譜是像元內(nèi)部各地物純光譜的地物分布面積加權(quán)平均?；旌舷裨庾V吸收反射等信息為內(nèi)部端元光譜的吸收、反射強(qiáng)度的疊加。（2）代數(shù)學(xué)遙感圖像所獲得的像元光譜矢量是各端元光譜矢量與各端元豐度矢量的乘積。（3）幾何學(xué)光譜特征空間中端元為基本構(gòu)成元素，n個(gè)通道可解譯n+1個(gè)端元（4）適用條件給定區(qū)域內(nèi)，地表由光譜特征相對(duì)固定的地物組成，光譜變化主要由端元豐度不同產(chǎn)生。（5）端元提?。ㄒ詷?biāo)準(zhǔn)光譜重建(物理端元)找純點(diǎn)(圖像端元)）提取幾何定點(diǎn)的端元提?。ǜ吖庾V影像所有數(shù)據(jù)都包含在一端元為定點(diǎn)的單體內(nèi)）純像元指數(shù)法：降維(PCA)->投影運(yùn)算(各方向）->投影結(jié)果統(tǒng)計(jì)->確定端元(指數(shù)高概率大)方便高效，背景知識(shí)要求高，有監(jiān)督的處理方法，隨機(jī)投影方向的選擇有主觀性基于誤差分析的端元提?。ɡ梅礁`差逐個(gè)搜索，對(duì)當(dāng)前端元誤差評(píng)估選擇調(diào)整方向）初始端元->計(jì)算RMS->統(tǒng)計(jì)RMS誤差最大點(diǎn)->形成新的端元矩陣->不斷重復(fù)以上過(guò)程（6）豐度解算(利用方程組解算，總豐度累計(jì)為1)非限制性方法：不考慮限制因素，僅由線性關(guān)系求解（簡(jiǎn)單直接，不太精確有悖論）限制性方法：線性關(guān)系與限制性條件綜合考慮（高精度不違背物理意義，復(fù)雜）光譜匹配（像元響應(yīng)光譜與地物標(biāo)準(zhǔn)光譜對(duì)比分析，確定像元類別）1、兩種運(yùn)作方式（1）從像元出發(fā)定義：從影像像元出發(fā)，在光譜庫(kù)中搜索最相似的標(biāo)準(zhǔn)光譜響應(yīng)曲線，進(jìn)行歸類。主要用途：影像解譯，獲得豐富的影像像元類別信息。（2）從地物標(biāo)準(zhǔn)光譜出發(fā)定義：將某種地物的標(biāo)準(zhǔn)曲線做模板與每個(gè)像元比較，記錄像元相似性主要用途：特定地物專題分析，獲得較詳細(xì)的地物含量信息。2、匹配算法（1）核心地物標(biāo)準(zhǔn)光譜與像元光譜相似性判斷，需要尋找有