高光谱遥感复习资料.doc

一、高光谱概述 1. 高光谱遥感定义、特点和存储方式 定义：用很窄而连续的光谱通道对地物持续遥感成像的技术。 特点：在可见光到短波红外波段，其光谱分辨率高达纳米数量级。 波段多波段多、光谱范围窄、波段连续、数据量大、信息冗余增加等。 存储方式：有影像立方体和光谱反射曲线。 2. 高光谱应用 （1）海洋遥感 （2）植被分析：植被类型识别、森林树种识别、荒漠化研究、生物物理生物化学参数分析 （3）精细农业：水分含量、有机质含量、土壤粗糙度、农作物生长状态分析、病虫害预警 （4）地质调查 （5）大气和环境监测 （6）军事-去除伪装 3.高光谱数据处理的关键技术： ①光谱图像的显示及数据格式 ②光谱重建：实现从影像像元光谱特征的定量化表达。 ③光谱编码：对光谱特征进行描述和表达；提取光谱吸收位置、深度、对称性等光谱特征的算法。 ④光谱匹配：建立实测光谱数据库的基础上，对影像中各像元的灰度变化曲线与光谱库中的实测光谱曲线进行匹配，实现类属的确定。 ⑤混合光谱分析 ⑥生物物理化学反演：从高光谱数据中提取出用于植被和生态研究的生物物理和生物化学参数信息的技术。 二、地物光谱特征 1. 水的光谱特征 (1)基本特征：水体在可见光波段反射率不超过10%，反射主要在蓝绿光波段，在红外波段水体反射率几乎为零，在遥感影像上常呈黑色。 (2)波谱特征： (水体类型及所含成份有密切关系 悬浮泥沙：悬浮泥沙所引起的混浊度是影响水体光谱特征的主要因素之一。浊水反射率比清水高很多，峰值出现在黄红区。 叶绿素浓度：叶绿素浓度增加时，蓝光反射率显著下降，绿光反射率显著上升。 (不同形态的水具由不同的光谱特征 雪的反射率明显高于水体，且受到雪粒大小、雪花絮状形态、积雪松紧程度影响。 2. 植被光谱特征 (1)基本特征 可见光波段有一个小的反射峰，两侧有两个吸收带，近红外波段有一反射“陡坡”，至1.1μm附近有一峰值，形成植被的独有特征。在中红外波段受到绿色植物含水量的影响，吸收率大增，反射率下降，特别是在水的吸收带形成低谷。 3. 土壤反射光谱特征 (1)基本特征 土壤反射波谱曲线比较平滑，有机质含量和含水量越高反射率越低，壤颗粒大小本身对土壤的反射率有很大影响。 有机质与含水量因素：自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值，一般来讲有机质含量越高和含水量越高反射率越低，此外土类和肥力也会对反射率产生影响。 三、高光谱成像原理 1. 高光谱遥感成像的基本概念 光谱分辨率：指探测器在波长方向上的记录宽度，又称波段宽度。 空间分辨率：瞬时视场角所对应的地面大小。 视场角：仪器扫描镜在空中扫过的角度。 调制传递函数：是从谐波分析的角度研究光学系统的成像性质，能够定量描述系统对正弦信号输入的振幅响应。 信噪比：是传感器所采集到的信号和噪声之比。 探测器凝视时间：探测器的瞬时视场角扫过地面分辨单元的时间称为凝视时间。 2. 高光谱遥感成像关键技术 ①探测器焦平面技术 ②各种新型的光谱仪技术和精密光学技术 ③高速数据采集、传输、记录和实时无损压缩技术 ④成像光谱仪的光谱与辐射定标技术 四、光谱重建 1. 定义：由于受到太阳位置、角度条件、大气条件、地形影响及传感器本身的性能的影响，传感器所记录的数据与目标的光谱反射率或光谱辐射亮度值并不一致。因此，将传感器记录的原始辐射值转化为地物反射率，恢复地物光谱数据本来的面目，称为地物光谱数据重建。 2. 地物光谱数据重建的过程： （1）遥感器定标：是指建立遥感器每个探测元所输出信号的数值量化值与该探测器对应像元内的实际地物辐射亮度值之间的定量关系。 遥感器定标主要包括三个阶段：实验室定标、星上定标和场地定标 （2）大气校正：大气对电磁辐射产生的散射和吸收是主要的辐射误差源，因此，遥感图像的大气校正主要是补偿大气在吸收与散射方面的瞬时影响。 大气校正方法：①平场域法②内部平均法③经验线性发④暗像元法⑤回归分析法⑥大气辐射传输模型 （3）光照及地形校正：消除地形造成的影像中同类地物亮度值的差异，提高影像解译精度。 遥感影像变形的原因： ①遥感平台位置和运动状态变化 ②地形起伏影响 ③地球表面曲率的影响 ④大气折射的影响 ⑤地球自转的影响 五、高光谱数据降维与可分性准则 1. 高维特征带来的新问题 （1）信息冗余大，相邻波段之间的相关性很强 （2）超维几何体体积：超立方体的体积急剧增加，并且向角部分布。 （3）“维数灾难”问题：如果训练样