高光譜遙感混合光譜模擬與分解方法研究

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1、唯——Ｉｎ未經(jīng)本論文作者的書面授權(quán)、，化法收存和保管本論文書面版本電子版本的任何單位和個(gè)人，均不得對(duì)本論文的全部或部分內(nèi)容進(jìn)行任何形式的復(fù)制、修改、發(fā)行、出租、改編等有礙作者著作權(quán)的商業(yè)性使用（但純學(xué)術(shù)性使用不在此限）。否則，應(yīng)承擔(dān)侵權(quán)的法律責(zé)任。吉林大學(xué)博±學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交學(xué)位論文，，是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研巧工作所取得的成果，本論文不包含任何其他個(gè)。除文中己經(jīng)注明引用的內(nèi)容外人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集ｌｉｉ。體？，均己在文中明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本

2、聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)學(xué)位論文作者簽名：曰期；年口曰｜５月高光譜遙感混合光譜模擬與分解方法研究StudyonAlgorithmsofMixedSpectralSimulationandUnmixingforHyperspectralRemoteSensingData作者姓名：陳磊專業(yè)名稱：地學(xué)信息工程研究方向：混合像元分解指導(dǎo)教師：陳圣波教授學(xué)位類別：工學(xué)博士培養(yǎng)單位：地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院論文答辯日期：2016年06月01日授予學(xué)位日期：年月日答辯委員會(huì)組成：姓名職稱工作單位主席宋開山研究員中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所委員張洪巖教授東北師范大學(xué)曾昭發(fā)教授吉林

3、大學(xué)邢立新教授吉林大學(xué)姜琦剛教授吉林大學(xué)高光譜遙感混合光譜模擬與分解方法研究中文摘要（作者：陳磊指導(dǎo)教師：陳圣波）由于地物目標(biāo)的復(fù)雜多樣性及傳感器的空間分辨率限制等因素，混合像元普遍存在于遙感數(shù)據(jù)中，從而影響遙感數(shù)據(jù)對(duì)地物特征分析及信息提取的精度?；旌舷裨纸馐墙鉀Q混合像元問題最直接有效的方法，可依據(jù)其物理或統(tǒng)計(jì)特征建立光譜模型，模擬混合像元形成過程，突破遙感影像空間分辨率的限制，實(shí)現(xiàn)對(duì)混合像元端元光譜及其豐度信息的提取，提高地物真實(shí)屬性分析及高光譜影像分類的精度。從混合光譜的形成及分解過程上，光譜模型分為光譜混合模型和光譜分解模型。光譜混合模型描述的是光線照射到端元物質(zhì)上，

4、經(jīng)過折射、反射等到達(dá)傳感器，形成混合像元光譜反射率，是正演過程；而光譜分解模型大多以光譜混合模型為基礎(chǔ)，通過已建立模型的反演，求解各種參數(shù)。因此，兩種模型之間相互聯(lián)系，密不可分。從光譜混合機(jī)理上，光譜模型分為線性光譜混合模型和非線性光譜混合模型兩種。線性光譜模型具有模型簡(jiǎn)單、物理意義明確等特點(diǎn)，通過簡(jiǎn)化光線傳輸過程，以線性混合機(jī)理來假設(shè)混合像元形成過程，可實(shí)現(xiàn)端元光譜及其豐度分布信息的提取。非線性光譜模型通過對(duì)光線傳輸過程的精確模擬，考慮混合像元形成過程中的各種綜合因素，能夠達(dá)到對(duì)混合像元中端元及相關(guān)信息的精確提取。本文在分析高光譜數(shù)據(jù)端元光譜特征及空間分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，提出

5、了不同的光譜混合模型及混合像元分解方法?？紤]端元組分的空間位置對(duì)混合光譜的影響，計(jì)算探測(cè)區(qū)域內(nèi)不同位置點(diǎn)在混合光譜中所占的權(quán)重系數(shù)大小，根據(jù)不同位置權(quán)重系數(shù)變化規(guī)律，提出等距離/等面積光譜混合模型。為驗(yàn)證模型的精度，以ASD光譜儀及二向性反射平臺(tái)為基礎(chǔ)，固定探測(cè)區(qū)域大小與幾何觀測(cè)條件，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量端元不同位置情況下方解石與葉片混合光譜，即規(guī)則葉片與無規(guī)則葉片分別與方解石的混合光譜。分析實(shí)測(cè)混合光譜的變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，端元物質(zhì)距離探測(cè)區(qū)域中心位置越近，其在混合光譜反射率中的權(quán)重系數(shù)越大。等距離/等面積劃分探測(cè)區(qū)域，探測(cè)方解石覆蓋不同區(qū)域時(shí)與黑色背景的混合光譜，計(jì)算等距離/等面積模型

6、參數(shù)，模擬混合光譜。經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)，等距離/等面積模型考慮了空間位置對(duì)混合光譜的影響，相比于其它模型能得到較精確的結(jié)果，提高了混合光譜模擬精度，為測(cè)量地物混合光譜提I供了合適的方法及理論基礎(chǔ)，也為消除地形起伏對(duì)遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用限制提供了新的思路。不同的地物在不同的波長有著不同的反射特征。通過分析光譜反射率在不同波長的特征變化，可對(duì)地物進(jìn)行識(shí)別和分析。方解石的吸收特征波段在2300nm附近，表現(xiàn)為此波段的吸收谷。而綠色植被在此波段為一個(gè)反射峰，當(dāng)覆蓋方解石上的綠色葉片面積增加時(shí)，其光譜的吸收特征會(huì)被減弱。為消除葉片透射對(duì)混合光譜信息提取精度的影響，考慮葉片透射的影響，以葉片透射的反

7、射率來代替葉片透射率加入線性模型進(jìn)行改進(jìn)，提出了改進(jìn)的光譜混合模型。設(shè)計(jì)無透射扇形葉片與有透射扇形葉片分別與方解石混合的光譜測(cè)量實(shí)驗(yàn)，模擬混合光譜與實(shí)測(cè)光譜對(duì)比分析來驗(yàn)證模型適用性。分析不同葉片覆蓋面積下，方解石在特征吸收波長的光譜吸收特征的變化規(guī)律。以USGS波譜庫中方解石光譜為端元光譜，與不同面積比例的綠色葉片光譜模擬混合光譜，求解方解石吸收特征變化規(guī)律，并應(yīng)用于Hyperion高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行碳酸鹽類礦物含量反演。通過地質(zhì)圖及采樣點(diǎn)驗(yàn)證結(jié)果表明，光譜吸收特征變化規(guī)律可達(dá)到對(duì)礦物含量反演的要求，為混合