222高光譜遙感課件

高光譜遙感—光譜特征提取高光譜影像特點(diǎn)高光譜特征提取概念

高光譜特征提取方法高光譜遙感—光譜特征提取高光譜影像特點(diǎn)1課前準(zhǔn)備1、什么是高光譜影像特征提?。?、可以采取哪些方法進(jìn)行光譜特征提取？課前準(zhǔn)備1、

利用成像光譜儀納米級(jí)的光譜分辨率，獲取非常窄且光譜連續(xù)的圖像數(shù)據(jù)；為每個(gè)像元提供數(shù)十至數(shù)百個(gè)窄波段的光譜信息，并生成一條完整而連續(xù)的光譜曲線。一、高光譜影像特點(diǎn)植被利用成像光譜儀納米級(jí)的光譜分辨率，獲取非常窄且222高光譜遙感課件222高光譜遙感課件

特征提取包括的內(nèi)容非常廣泛，既可以指影像空間維，也可以指光譜維特征提取。二、高光譜特征提取概念光譜特征提取即從原始數(shù)據(jù)中提取其光譜特征參數(shù),以滿足后續(xù)處理要求。1、什么是高光譜影像特征提??？特征提取包括的內(nèi)容非常廣泛，既可以指影像空間維，三、高光譜特征提取方法問(wèn)題1：下圖中的光譜曲線屬于哪種地物大類?2、可以采取哪些方法進(jìn)行光譜特征提??？(討論)三、高光譜特征提取方法問(wèn)題1：下圖中的光譜曲線屬于哪種地物大1、分段PCA方法2、波譜特征的簡(jiǎn)化表達(dá)3、光譜吸收特征參數(shù)提取方法4、光譜曲線的函數(shù)分析三、高光譜特征提取方法1、分段PCA方法三、高光譜特征提取方法主要思想是將原始的高光譜數(shù)據(jù)分成若干組，然后對(duì)每一組進(jìn)行PCA變換，再根據(jù)變換后的主成分進(jìn)行波段選擇。對(duì)高光譜數(shù)據(jù)直接利用PCA方法進(jìn)行特征提取從效率和物理意義上往往不能滿足需求。1、分段PCA方法特點(diǎn)：并不將每組的PCA第一主成分作為特征降維結(jié)果，而是同過(guò)計(jì)算組類各波段的貢獻(xiàn)率進(jìn)行波段選擇，未損失反射率的物理意義。主要思想是將原始的高光譜數(shù)據(jù)分成若干組，然后對(duì)每一組光譜二值編碼最簡(jiǎn)單的形式編碼值反射率值波段2、光譜曲線的簡(jiǎn)化表達(dá)波譜特征簡(jiǎn)化表達(dá)的目的反射率為浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)，波段數(shù)量多，為提高分析效率，可以對(duì)光譜曲線進(jìn)行簡(jiǎn)化表達(dá)。光譜二值編碼最簡(jiǎn)單的形式編碼值反射率值波段2、光譜曲線的簡(jiǎn)化分段編碼將光譜波長(zhǎng)分成幾段分別進(jìn)行二值編碼，各段具有不同的編碼閾值T。僅在一定波段進(jìn)行編碼僅在最能區(qū)分地物類型的波段進(jìn)行編碼。既能達(dá)到良好分類目的，又能提高編碼效率。分段編碼將光譜波長(zhǎng)分成幾段分別進(jìn)行二值編碼，各段具有11包絡(luò)線：每條光譜曲線的外凸包曲線。3.1包絡(luò)線消除3、光譜吸收特征參數(shù)提取方法包絡(luò)線：每條光譜曲線的外凸包曲線。3.1包絡(luò)線消除3、光譜吸12包絡(luò)線去除前后的光譜曲線圖

包絡(luò)線消除后，那些“峰”值點(diǎn)上的相對(duì)值均為1，非“峰”值點(diǎn)均小于1。形成若干個(gè)吸收谷，能夠突出反映光譜吸收特點(diǎn)。包絡(luò)線原始光譜包絡(luò)線消除后光譜通過(guò)采用能量透射率較高的450~750nm可見(jiàn)光波段反射率均值R450-750對(duì)原始反射率R進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化比值處理，獲得有機(jī)質(zhì)診斷指數(shù)(OII)R/R450-470均值作為反演因子(賀軍亮)。包絡(luò)線去除前后的光譜曲線圖包絡(luò)線消除后，那些13光譜吸收位置（AP）光譜吸收深度（AD）吸收寬度(AW)吸收面積(AA)光譜吸收對(duì)稱性(AS)光譜吸收指數(shù)(SAI)3.2光譜吸收特征參數(shù)提取AP光譜吸收位置（AP）：反射率最低處波長(zhǎng)。光譜吸收位置（AP）3.2光譜吸收特征參數(shù)提取AP光譜吸收位14吸收深度(AbsorptionDepth,AD)吸收寬度(AbsorptionWidth,AW)ADAD/2AW最大吸收深度一半處的光譜帶寬。反射率最低點(diǎn)與反射率=1的距離吸收深度(AbsorptionDepth,AD)吸收寬15吸收對(duì)稱性

(AbsorptionSymmetry,AS)

吸收對(duì)稱性，以過(guò)吸收位置的垂線為邊界，右邊區(qū)域面積與左邊區(qū)域面積的比值的常用對(duì)數(shù)。吸收面積(AbsorptionArea,AA)吸收對(duì)稱性吸收對(duì)稱性，以過(guò)吸收位置的垂線為邊界，右邊16一個(gè)光譜吸收特征可由光譜吸收谷點(diǎn)M及其兩個(gè)肩部S1

和S2組成，或由吸收峰值點(diǎn)及兩個(gè)肩部組成。光譜吸收指數(shù)SAI（spectralabsorptionindex）M一個(gè)光譜吸收特征可由光譜吸收谷點(diǎn)M及其兩個(gè)肩部S1

和S2組水體的光譜吸收參數(shù)實(shí)例在圖像上選擇兩類不同的水體，分別是富營(yíng)養(yǎng)化的水體和清潔水體，進(jìn)行包絡(luò)線去除后提取吸收特征參數(shù)。富營(yíng)養(yǎng)化較高水體相對(duì)清潔水體吸收深度(AD)用灰度級(jí)(0-255)表示,寬度(AW)以波段數(shù)目表示。水體的光譜吸收參數(shù)實(shí)例在圖像上選擇兩類不同的水體，分水體的光譜吸收參數(shù)富營(yíng)養(yǎng)化較高水體相對(duì)清潔水體兩種水體的在可見(jiàn)光范圍內(nèi)反射率較小，在近紅外和中紅外波段，反射率極低，與典型的水體光譜特征符合。A.低反射率特征水體的光譜吸收參數(shù)實(shí)例水體的光譜吸收參數(shù)富營(yíng)養(yǎng)化較高水體相對(duì)清潔水體兩水體的光譜吸收參數(shù)富營(yíng)養(yǎng)化較高水體相對(duì)清潔水體兩者在綠光波段都有一個(gè)反射峰，這是因?yàn)闃颖臼浅靥了w，存在著富營(yíng)養(yǎng)化，水體中浮游生物較多，葉綠素使得藍(lán)光與紅光波段存在吸收峰。B.綠峰特征參數(shù)水體的光譜吸收參數(shù)實(shí)例水體的光譜吸收參數(shù)富營(yíng)養(yǎng)化較高水體相對(duì)清潔水體水體的光譜吸收參數(shù)富營(yíng)養(yǎng)化較高水體相對(duì)清潔水體對(duì)于富營(yíng)養(yǎng)化水體來(lái)說(shuō)，其整體亮度值偏高，即吸收深度AD較清潔水體小，SAI也較清潔水體小。但除此之外，兩者的吸收峰位置差異較小。因而可通過(guò)SAI或AD進(jìn)行區(qū)分C.水體類型區(qū)分參數(shù)水體的光譜吸收參數(shù)實(shí)例水體的光譜吸收參數(shù)富營(yíng)養(yǎng)化較高水體相對(duì)清潔水體對(duì)于1.目的

一些典型地物往往具有相對(duì)固定的波形形態(tài)，為了準(zhǔn)確地通過(guò)數(shù)學(xué)形式描述這種形態(tài)，以及準(zhǔn)確確定光譜曲線的特征點(diǎn)，可以將光譜曲線（或局部）用一個(gè)數(shù)學(xué)函數(shù)表達(dá)出來(lái)。4.1光譜曲線函數(shù)模擬法4、光譜曲線的函數(shù)分析1.目的一些典型地物往往具有相對(duì)固定的波形形態(tài)，為水稻:99-15水稻:武香5021函數(shù)形式500-680nm植被可見(jiàn)光光譜反射率模型（VVSR）670-780nm植被倒高斯模型（IG）2.植被光譜曲線的函數(shù)模擬

水稻:99-15水稻:武香5021函數(shù)形式2.植被光譜曲植被可見(jiàn)光光譜反射率模型（VVSR）植被可見(jiàn)光光譜反射率模型（VVSR）植被倒高斯模型（IG）（紅邊分析）最大光譜反射值最小光譜反射值高斯函數(shù)對(duì)稱軸高斯函數(shù)方差值影響紅邊起始位置影響紅邊斜率與植被健康狀況密切相關(guān)植被倒高斯模型（IG）（紅邊分析）最大光譜反射值最小光譜采用導(dǎo)數(shù)光譜技術(shù)可以消除光譜數(shù)據(jù)之間的系統(tǒng)誤差、減弱大氣輻射、散射和吸收對(duì)目標(biāo)光譜的影響，以便提取可識(shí)別地物的光譜吸收參數(shù)（波長(zhǎng)位置、深度、寬度和吸收光譜指數(shù)等）。光譜微分可以增加光譜曲線在坡度上的細(xì)微變化。4.2

光譜導(dǎo)數(shù)采用導(dǎo)數(shù)光譜技術(shù)可以消除光譜數(shù)據(jù)之間的系統(tǒng)誤差、減弱大氣輻射圖1玉米葉片反射率光譜曲線圖2玉米葉片一階微分光譜曲線史合印等利用光譜導(dǎo)數(shù)技術(shù)，對(duì)河口渾濁水體處的葉綠素濃度反演的進(jìn)行了研究，結(jié)果表明二階光譜導(dǎo)數(shù)的特征波段對(duì)渾濁水體的葉綠素含量更為敏感。圖1玉米葉片反射率光譜曲線圖2玉米葉片一階微分光譜曲線史

光譜積分就是求出在某一波長(zhǎng)范圍內(nèi)的下覆面積。利用高光譜數(shù)據(jù)可生成與多光譜數(shù)據(jù)波段相對(duì)應(yīng)的影像。4.3

光譜積分光譜積分就是求出在某一波長(zhǎng)范圍內(nèi)的下覆面積。利28

軍事偽裝主要是對(duì)天然植被與土壤環(huán)境的模仿。一般的人造偽裝材料在可見(jiàn)光波段(400nm一760nn)與植被和土壤的光譜極為相似。

植被覆蓋偽裝迷彩涂料偽裝思考：軍事偽裝主要是對(duì)天然植被與土壤環(huán)境的模仿。一般的人造偽真實(shí)植被光譜思考：請(qǐng)分析真實(shí)植被和偽裝涂料光譜曲線特點(diǎn)，設(shè)計(jì)利用光譜特征提取進(jìn)行涂料偽裝的識(shí)別方案。真實(shí)植被光譜思考：請(qǐng)分析真實(shí)植被和偽裝涂料光譜曲線特點(diǎn)，設(shè)計(jì)基于高光譜遙感的湖泊水質(zhì)污染研究-以聊城東昌湖為例，郭邵萌.基于高光譜數(shù)據(jù)的鹽漬化土壤光譜特征研究及信息提取，趙振亮.基于高光譜特征的水上油膜提取與分析研究，劉丙新.基于高光譜遙感的礦物光譜特征分析和提取，劉天樂(lè).基于高光譜和圖像處理技術(shù)的油菜病蟲害早期監(jiān)測(cè)方法和機(jī)理研究，趙蕓.參考資料《高光譜遙感》張良培，武漢大學(xué)出版社.《高光譜