高光譜與高空間分辨率遙感實(shí)習(xí)指導(dǎo)書.doc

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1、實(shí)習(xí)一光譜的微分和積分一、實(shí)習(xí)目的熟悉和掌握光譜的微分和積分的概念，利用相關(guān)軟件對植被高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行微分和積分處理；利用高光譜數(shù)據(jù)分析植被的“紅邊”等典型植被高光譜特征。二、原理與方法1、光譜微分光譜微分技術(shù)就是通過對反射光譜進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬，計(jì)算不同階數(shù)的微分值，以提取不同的光譜參數(shù)。應(yīng)用光譜微分技術(shù)能夠部分消除大氣效應(yīng)、植被環(huán)境背景（陰影、土壤等）的影響，以反映植物的本質(zhì)特征。所得的數(shù)據(jù)，可以用于植被生物化學(xué)信息的提取。不同研究者提出的植被指數(shù)可以認(rèn)為是反映波形形態(tài)變化的反射光譜的n階導(dǎo)數(shù)，而這種光譜的n階導(dǎo)數(shù)實(shí)質(zhì)上表達(dá)了植被葉綠素、水、氮等生物化學(xué)元素吸

2、收波形的變化，是這些吸收物質(zhì)的豐度與狀態(tài)的光譜指標(biāo)。光譜微分公式（以二階為例）為：（1）式中，為波長，為波長處的一階微分光譜，為相鄰兩波段間的波長間隔。（b）植被與土壤原始一階導(dǎo)數(shù)曲線（a）植被與土壤原始反射率曲線圖1光譜微分處理示意圖2、光譜積分光譜積分就是求光譜曲線在某一波長范圍內(nèi)的下覆面積。（2）三、實(shí)習(xí)儀器與數(shù)據(jù)EXCELL軟件以及玉米葉片反射光譜。四、實(shí)習(xí)步驟1、計(jì)算玉米葉片反射光譜的一階微分光譜利用EXCELL軟件導(dǎo)入玉米葉片反射率數(shù)據(jù)，并繪制其反射率光譜曲線（見圖2）。采用公式1對玉米葉片反射率數(shù)據(jù)進(jìn)行差分法處理，獲得一階微分光譜曲線（見圖3

3、）。比較和分析圖2及圖3。圖2玉米葉片反射率光譜曲線圖3玉米葉片一階微分光譜曲線2、根據(jù)一階導(dǎo)數(shù)光譜，求取紅邊面積計(jì)算670nm-760nm一階導(dǎo)數(shù)光譜曲線與坐標(biāo)軸之間包含的面積。3、完成實(shí)習(xí)報(bào)告內(nèi)容包括：目的、玉米原始光譜曲線、玉米一階導(dǎo)數(shù)光譜曲線、紅邊面積校。實(shí)習(xí)二光譜庫的制作、光譜數(shù)據(jù)的重采樣及連續(xù)統(tǒng)去除一、實(shí)習(xí)目的熟悉和掌握光譜庫以及光譜數(shù)據(jù)的重采樣及連續(xù)統(tǒng)去除等概念；利用ENVI軟件制作光譜庫，對光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣及連續(xù)統(tǒng)去處理。二、原理與方法圖4為連續(xù)統(tǒng)去除法示意圖,圖中的綠線即為包絡(luò)線,它從外觀上看就相當(dāng)于原始反射光譜曲線的“外殼”,就像用一

4、層薄膜包裹凹凸不平的固體物,則薄膜只與固體物的凸出部分接觸。實(shí)際的光譜曲線是由離散的樣點(diǎn)組成,所以可用連續(xù)的折線來近似光譜曲線的包絡(luò)線(Clarketal.,1984)。包絡(luò)線的物理含義為目標(biāo)的背景場光譜，在獲得包絡(luò)線后,原始光譜與對應(yīng)波段包絡(luò)線的比值即為該波段的連續(xù)統(tǒng)去除后的歸一化光譜值。連續(xù)統(tǒng)去除后的歸一化光譜的特點(diǎn)是起始點(diǎn)數(shù)值為1,其間的點(diǎn)位于(0,1)。連續(xù)統(tǒng)去除法具有壓抑背景光譜,擴(kuò)大弱吸收特征信息的優(yōu)勢。連續(xù)統(tǒng)去除可有效突出吸收和反射特征,是一種有效的光譜分析方法。圖4連續(xù)統(tǒng)去除示意圖三、實(shí)習(xí)儀器與數(shù)據(jù)ENVI軟件、EXCELL軟件和作物冠層反

5、射率曲線。四、實(shí)習(xí)步驟1、光譜庫的制作1）打開ENVI軟件，按照圖5的方式打開建立光譜庫界面。2）導(dǎo)入光譜數(shù)據(jù)，然后以光譜庫的格式存儲（見圖6和圖7）。圖5建立光譜庫界面圖6導(dǎo)入光譜數(shù)據(jù)圖7光譜庫的格式存儲界面2、光譜數(shù)據(jù)的重采樣1）在ENVI主菜單中打開spectralresampling命令（見圖8）；圖8打開spectralresampling命令2）選擇待重采樣的光譜文件（見圖9）；圖9選擇待重采樣的光譜文件3）定義輸出結(jié)果文件名（見圖10）；圖10定義輸出結(jié)果文件名4）指定波長文件（見圖11）；圖11指定波長文件5）查看重采樣結(jié)果（見圖12）圖1

6、2查看重采樣結(jié)果3、連續(xù)統(tǒng)去除1）選擇并打開待連續(xù)統(tǒng)去除的光譜（圖13）圖13選擇并打開待連續(xù)統(tǒng)去除的光譜2）連續(xù)統(tǒng)處理（圖14）圖14連續(xù)統(tǒng)去除處理及結(jié)果4、完成實(shí)習(xí)報(bào)告內(nèi)容包括：目的、光譜庫制作結(jié)果、光譜重采樣結(jié)果以及連續(xù)統(tǒng)去除結(jié)果。實(shí)習(xí)三高光譜數(shù)據(jù)的相關(guān)分析及建模一、實(shí)習(xí)目的熟悉和掌握高光譜數(shù)據(jù)的特征提取方法；掌握利用回歸統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)行高光譜建模。二、原理與方法1、相關(guān)分析相關(guān)分析（correlationanalysis），相關(guān)分析是研究現(xiàn)象之間是否存在某種依存關(guān)系，并對具體有依存關(guān)系的現(xiàn)象探討其相關(guān)方向以及相關(guān)程度，是研究隨機(jī)變量之間的相關(guān)關(guān)系的

7、一種統(tǒng)計(jì)方法。（3）式中R為相關(guān)系數(shù)，Xi、Yi為樣本，為、為期望值。2、回歸分析回歸分析（regressionanalysis)是確定兩種或兩種以上變數(shù)間相互依賴的定量關(guān)系的一種統(tǒng)計(jì)分析方法。研究一個隨機(jī)變量Y對另一個(X)或一組(X1，X2，…，Xk)變量的相依關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析方法。三、實(shí)習(xí)儀器與數(shù)據(jù)SPSS軟件、EXCELL軟件及玉米葉片反射光譜數(shù)據(jù)、葉綠素含量數(shù)據(jù)。四、實(shí)習(xí)步驟1、相關(guān)分析1）將玉米反射光譜數(shù)據(jù)及葉綠素?cái)?shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS軟件，并進(jìn)行對每個波段與對應(yīng)的葉綠素含量數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析（圖15）。圖15導(dǎo)入統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)2）獲得相關(guān)分析結(jié)果（圖16-1

8、7），找出相關(guān)系數(shù)絕對值最大值波段，通過圖17發(fā)現(xiàn)，540nm波段