高光谱与高空间分辨率遥感实习指导书.doc

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1、实习一光谱的微分和积分一、实习目的熟悉和掌握光谱的微分和积分的概念，利用相关软件对植被高光谱数据进行微分和积分处理；利用高光谱数据分析植被的“红边”等典型植被高光谱特征。二、原理与方法1、光谱微分光谱微分技术就是通过对反射光谱进行数学模拟，计算不同阶数的微分值，以提取不同的光谱参数。应用光谱微分技术能够部分消除大气效应、植被环境背景（阴影、土壤等）的影响，以反映植物的本质特征。所得的数据，可以用于植被生物化学信息的提取。不同研究者提出的植被指数可以认为是反映波形形态变化的反射光谱的n阶导数，而这种光谱的n阶导数实质上表达了植被叶绿素、水、氮等生物化学元素吸

2、收波形的变化，是这些吸收物质的丰度与状态的光谱指标。光谱微分公式（以二阶为例）为：（1）式中，为波长，为波长处的一阶微分光谱，为相邻两波段间的波长间隔。（b）植被与土壤原始一阶导数曲线（a）植被与土壤原始反射率曲线图1光谱微分处理示意图2、光谱积分光谱积分就是求光谱曲线在某一波长范围内的下覆面积。（2）三、实习仪器与数据EXCELL软件以及玉米叶片反射光谱。四、实习步骤1、计算玉米叶片反射光谱的一阶微分光谱利用EXCELL软件导入玉米叶片反射率数据，并绘制其反射率光谱曲线（见图2）。采用公式1对玉米叶片反射率数据进行差分法处理，获得一阶微分光谱曲线（见图3

3、）。比较和分析图2及图3。图2玉米叶片反射率光谱曲线图3玉米叶片一阶微分光谱曲线2、根据一阶导数光谱，求取红边面积计算670nm-760nm一阶导数光谱曲线与坐标轴之间包含的面积。3、完成实习报告内容包括：目的、玉米原始光谱曲线、玉米一阶导数光谱曲线、红边面积校。实习二光谱库的制作、光谱数据的重采样及连续统去除一、实习目的熟悉和掌握光谱库以及光谱数据的重采样及连续统去除等概念；利用ENVI软件制作光谱库，对光谱数据进行重采样及连续统去处理。二、原理与方法图4为连续统去除法示意图,图中的绿线即为包络线,它从外观上看就相当于原始反射光谱曲线的“外壳”,就像用一

4、层薄膜包裹凹凸不平的固体物,则薄膜只与固体物的凸出部分接触。实际的光谱曲线是由离散的样点组成,所以可用连续的折线来近似光谱曲线的包络线(Clarketal.,1984)。包络线的物理含义为目标的背景场光谱，在获得包络线后,原始光谱与对应波段包络线的比值即为该波段的连续统去除后的归一化光谱值。连续统去除后的归一化光谱的特点是起始点数值为1,其间的点位于(0,1)。连续统去除法具有压抑背景光谱,扩大弱吸收特征信息的优势。连续统去除可有效突出吸收和反射特征,是一种有效的光谱分析方法。图4连续统去除示意图三、实习仪器与数据ENVI软件、EXCELL软件和作物冠层反

5、射率曲线。四、实习步骤1、光谱库的制作1）打开ENVI软件，按照图5的方式打开建立光谱库界面。2）导入光谱数据，然后以光谱库的格式存储（见图6和图7）。图5建立光谱库界面图6导入光谱数据图7光谱库的格式存储界面2、光谱数据的重采样1）在ENVI主菜单中打开spectralresampling命令（见图8）；图8打开spectralresampling命令2）选择待重采样的光谱文件（见图9）；图9选择待重采样的光谱文件3）定义输出结果文件名（见图10）；图10定义输出结果文件名4）指定波长文件（见图11）；图11指定波长文件5）查看重采样结果（见图12）图1

6、2查看重采样结果3、连续统去除1）选择并打开待连续统去除的光谱（图13）图13选择并打开待连续统去除的光谱2）连续统处理（图14）图14连续统去除处理及结果4、完成实习报告内容包括：目的、光谱库制作结果、光谱重采样结果以及连续统去除结果。实习三高光谱数据的相关分析及建模一、实习目的熟悉和掌握高光谱数据的特征提取方法；掌握利用回归统计分析方法进行高光谱建模。二、原理与方法1、相关分析相关分析（correlationanalysis），相关分析是研究现象之间是否存在某种依存关系，并对具体有依存关系的现象探讨其相关方向以及相关程度，是研究随机变量之间的相关关系的

7、一种统计方法。（3）式中R为相关系数，Xi、Yi为样本，为、为期望值。2、回归分析回归分析（regressionanalysis)是确定两种或两种以上变数间相互依赖的定量关系的一种统计分析方法。研究一个随机变量Y对另一个(X)或一组(X1，X2，…，Xk)变量的相依关系的统计分析方法。三、实习仪器与数据SPSS软件、EXCELL软件及玉米叶片反射光谱数据、叶绿素含量数据。四、实习步骤1、相关分析1）将玉米反射光谱数据及叶绿素数据导入SPSS软件，并进行对每个波段与对应的叶绿素含量数据进行相关分析（图15）。图15导入统计数据2）获得相关分析结果（图16-1

8、7），找出相关系数绝对值最大值波段，通过图17发现，540nm波段