ENVI高光譜分析1課件

ENVI高光譜分析技術(shù)主要內(nèi)容1、高光譜簡(jiǎn)介2、高光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理3、物質(zhì)制圖與識(shí)別、探測(cè)4、植被分析1、高光譜遙感簡(jiǎn)介光學(xué)遙感技術(shù)的發(fā)展：全色（黑白）－－彩色攝影－－多光譜掃描成像－－高光譜遙感高光譜分辨率遙感（HyperspectralRemoteSensing）用很窄（10-2λ）而連續(xù)的光譜通道對(duì)地物持續(xù)遙感成像的技術(shù)。在可見光到短波紅外波段其光譜分辨率高達(dá)納米(nm)數(shù)量級(jí)，通常具有波段多的特點(diǎn)，光譜通道數(shù)多達(dá)數(shù)十甚至數(shù)百個(gè)以上，而且各光譜通道間往往是連續(xù)的，因此高光譜遙感又通常被稱為成像光譜（ImagingSpectrometry）遙感。高光譜成像技術(shù)成像光譜儀：與地面光譜輻射計(jì)相比，成像光譜儀不是在“點(diǎn)”上的光譜測(cè)量，而是在連續(xù)空間上進(jìn)行光譜測(cè)量，因此它是光譜成像的；與傳統(tǒng)多光譜遙感相比，其光譜通道不是離散而是連續(xù)的，因此從它的每個(gè)像元均能提取一條平滑而完整的光譜曲線。成像光譜儀系統(tǒng)介紹航空成像光譜儀系統(tǒng)國內(nèi)系統(tǒng)：MAIS、OMIS-1、OMIS-2、PHI、WHI、LASIS國外系統(tǒng)：AIS、AVIRIS、TRWIS、GERIS、HYDICEAISA、DAIS、CASI、HYMAPAVIRISSpectralcoverage:VIStoNIR(400-2500nm)Spectralbands:224Spectralresolution:<10nmFOV:30°IFOV:1.0mradDigitization:12bits航天成像光譜儀系統(tǒng)——Hyperion/EO-1國家：美國時(shí)間：2000年11月衛(wèi)星發(fā)射成功掃描帶寬：7.5km,空間分辨率：30米，在0.4－2.5μm共有220波段:可見光－近紅外(400-1000nm):60波段，短波紅外(900-2500nm):160波段。環(huán)境與減災(zāi)小衛(wèi)星星座（HJ-1B）2、高光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理傳感器定標(biāo)大氣校正為什么做大氣糾正？太陽輻射通過大氣以某種方式入射到物體表面然后再反射回傳感器原始影像包含物體表面，大氣，以及太陽的信息如果我們想要了解某一物體表面的光譜屬性，我們必須將它的反射信息從大氣和太陽的信息中分離出來。大氣散射直接反射鄰接反射大氣校正方法基于輻射傳輸模型LOWTRAN模型MORTRAN模型ATCOR模型6S模型基于統(tǒng)計(jì)學(xué)模型平場(chǎng)域定標(biāo)對(duì)數(shù)殘差內(nèi)部平均反射率法經(jīng)驗(yàn)線性基于簡(jiǎn)化輻射傳輸模型的黑暗像元法基于統(tǒng)計(jì)的不變目標(biāo)法基于植被指數(shù)的大氣阻抗植被指數(shù)法……使用ENVI大氣校正模塊——輸入文件準(zhǔn)備數(shù)據(jù)是經(jīng)過定標(biāo)后的輻射亮度（輻射率）數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)帶有中心波長（wavelenth）值，如果是高光譜還必須有波段寬度（FWHM）,這兩個(gè)參數(shù)都可以通過編輯頭文件信息輸入（EditHeader）。數(shù)據(jù)類型支持四種數(shù)據(jù)類型：浮點(diǎn)型（floating）、4-bytesignedintegers,2-bytesignedintegers,以及2-byteunsignedintegers。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類型：ENVI標(biāo)準(zhǔn)柵格格式文件，且是BIP或者BIL。波譜范圍：flaash能夠做的數(shù)據(jù)光譜范圍是0.4－2500μm。使用ENVI大氣校正模塊——基本參數(shù)設(shè)置傳感器基本信息設(shè)置使用ENVI大氣校正模塊——大氣模型ModelAtmosphereWaterVapor(stdatm-cm)WaterVapor(g/cm2)SurfaceAirTemperatureSub-ArcticWinter(SAW)5180.42-16°Cor3°FMid-LatitudeWinter(MLW)10600.85-1°Cor30°FU.S.Standard(US)17621.4215°Cor59°Sub-ArcticSummer(SAS)25892.0814°Cor57°Mid-LatitudeSummer(MLS)36362.9221°Cor70°Tropical(T)51194.1127°Cor80°Latitude(°N)Jan.MarchMayJulySept.Nov.80SAWSAWSAWMLWMLWSAW70SAWSAWMLWMLWMLWSAW60MLWMLWMLWSASSASMLW50MLWMLWSASSASSASSAS40SASSASSASMLSMLSSAS30MLSMLSMLSTTMLS20TTTTTT10TTTTTT0TTTTTT-10TTTTTT-20TTTMLSMLST-30MLSMLSMLSMLSMLSMLS-40SASSASSASSASSASSAS-50SASSASSASMLWMLWSAS-60MLWMLWMLWMLWMLWMLW-70MLWMLWMLWMLWMLWMLW-80MLWMLWMLWSAWMLWMLW氣溶膠模型（AerosolModel）提供四種標(biāo)準(zhǔn)MODTRAN氣溶膠模型Rural（鄉(xiāng)村）、Urban（城市）、Maritime（海洋）、Tropospheric（對(duì)流層，能見度在40km以上）兩種氣溶膠去除方法2-Band（K-T）方法(類似模糊減少法)，如果沒有找到適應(yīng)的黑值（一般是陰影區(qū)或者水體），系統(tǒng)將采用能見度值來計(jì)算；所以即使選擇了該選項(xiàng)也要給能見度。選擇None，采用能見度值參與氣溶膠去除，能見度值大約參考值參見表天氣條件

能見度

晴朗

40to100km中等霧、陰霾

20to30km厚霧、陰霾15km或者更少

高級(jí)設(shè)置光譜定義文件：內(nèi)置AVIRIS、HYMAP、HYDICE、HYPERION、CASI、AISA。氣溶膠厚度系數(shù)：用于技術(shù)鄰域效應(yīng)范圍。一般值為1~2km。CO2混合比率：默認(rèn)為390ppm。使用領(lǐng)域糾正。使用以前的MODTRAN模型計(jì)算結(jié)果。設(shè)置MODTRAN模型的光譜分辨率（推薦值5cm-1)。設(shè)置MODTRAN多散射模型。提供三種模型供選擇Isaacs，DISORT和ScaledDISORT。默認(rèn)是ScaledDISORT和streams為8，這種模型對(duì)于小于1000nm具有較高的精度；天頂角\方位角（針對(duì)非星下點(diǎn)傳感器）。輸出反射率縮放系數(shù)（OutputReflectanceScaleFactor）：為了降低結(jié)果儲(chǔ)存空間，默認(rèn)反射率乘于10000。輸出結(jié)果表面反射率影像水氣含量數(shù)據(jù)云圖日志文件FLAASH大氣校正模板文件波譜庫ENVI波譜庫（安裝目錄下spec_lib）JetPropulsionLaboratory0.4~2.5um160種純礦物波譜美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)0.4~2.5um500種質(zhì)優(yōu)礦物波譜和幾個(gè)植被波譜Johnshopkinsuniversity

0.4~14um礦物波譜IGCP264(項(xiàng)目)

26個(gè)質(zhì)優(yōu)樣品應(yīng)用波譜儀測(cè)量得到打開波譜庫（spectral/spectrallibraries/…view)顯示波譜曲線(點(diǎn)擊）創(chuàng)建波譜庫（spectral/spectrallibraries/…builder)波譜庫的創(chuàng)建與瀏覽輸入波長范圍輸入光譜從圖像中獲取外部文件（二進(jìn)制）導(dǎo)入ASD波譜儀波譜庫交互波譜庫查看、編輯和分析波譜分割波譜重采樣MNF變換重要作用用于判定圖像內(nèi)在的維數(shù)分離數(shù)據(jù)中的噪聲減少計(jì)算量彌補(bǔ)了主成分分析在高光譜數(shù)據(jù)處理中的不足計(jì)算時(shí)需要輸入的參數(shù)統(tǒng)計(jì)信息的圖像范圍shiftdiffsubset噪聲統(tǒng)計(jì)文件（可以用到另一副圖像上做變換）MNF統(tǒng)計(jì)文件(反變換的時(shí)候要用)Mnf變換輸出波段選擇(根據(jù)特征值選擇輸出波段)

利用MNF變換后的圖像進(jìn)行端元提取經(jīng)過MNF變換后的圖像波段之間的相關(guān)性有效地降低了，并且出現(xiàn)了多個(gè)拐點(diǎn)，這些拐點(diǎn)就是我們要找的端元—Endmembers。波譜曲線對(duì)比編輯端元生成端元地物平均波譜曲線利用波譜分析工具進(jìn)行端元識(shí)別\識(shí)別每一類地物后,將端元導(dǎo)出成ROIPPI純凈像元指數(shù)生成的結(jié)果是一副灰度的影像,DN值越大表明像元越純.作用及原理純凈像元指數(shù)法對(duì)圖像中的像素點(diǎn)進(jìn)行反復(fù)迭代，可以在多光譜或者高光譜影像中尋找最”

純”的像元.(通?；贛NF變換結(jié)果來進(jìn)行)純凈像元指數(shù)可以將N維散點(diǎn)圖迭代映射為一個(gè)隨機(jī)單位向量來計(jì)算,每次映射的極值像元被記錄下來,并且被標(biāo)為極值的總數(shù)也被記錄下來.按照多次映射每個(gè)像元被記錄為極值像元的次數(shù)來決定該像元是否為純凈像元.計(jì)算時(shí)需要輸入的參數(shù)進(jìn)行迭代的次數(shù)設(shè)置域值的系數(shù)(極值像元的域值)數(shù)據(jù)二次采樣(減少內(nèi)存,但不能太小)處理時(shí)會(huì)出現(xiàn)純凈像元指數(shù)圖X-像元迭代次數(shù),Y-極值像元總數(shù)該圖顯示了PPI做為迭代次數(shù)的函數(shù)當(dāng)所有極值像元都已經(jīng)找到后,它應(yīng)該接近于一條水平線處理結(jié)果:DN值越大表明像元越純.PPI純凈像元指數(shù)提取ROI設(shè)置波段域值提取PPI_ROI通常只設(shè)最小值(值越大,像元越純凈)N維可視化器提取PPI_ROI后打開N維可視化器,選擇MNF變換結(jié)果,系統(tǒng)默認(rèn)導(dǎo)入PPI_ROIPPI_ROI端元提取波譜曲線對(duì)比編輯ROI生成地物平均波譜波譜分析,端元識(shí)別端元波譜收集端元波譜收集器ASCII文件ASD測(cè)量文件波譜庫ROI/矢量文件統(tǒng)計(jì)文件剖面波譜圖N維可視化分析器二維散點(diǎn)圖SMACC工具所有監(jiān)督分類與高光譜制圖工具高光譜制圖二進(jìn)制編碼波譜角分類線性波段預(yù)測(cè)（LS-Fit）線性波譜分離光譜信息散度匹配濾波混合調(diào)諧匹配濾波（MTMF）包絡(luò)線去除光譜特征擬合多范圍光譜特征擬合高光譜制圖練習(xí)從標(biāo)準(zhǔn)波譜庫中獲取端元波譜打開jpl_lib/jpl1.sli波譜庫文件，獲得以下物質(zhì)的波譜ALUNITESO-4ABUDDINGTONITEFELDSTS-11ACALCITEC-3DCHABAZITETS-15AILLITEPS-11AKAOLINITEWELLORDEREDPS-1A選擇SpectralAngleMapper制圖方法波譜沙漏工具——目標(biāo)識(shí)別向?qū)讲ㄗV分析工具影像亮度值定標(biāo)為反射率最小噪聲分離（MNF）純凈像元指數(shù)（PPI）N維散度分析選擇終端單元地物制圖（地物識(shí)別）ApparentReflectanceMNFPPIn-DIDMapDistributionandAbundance作用：將地物波譜與端元波譜進(jìn)行對(duì)比來地物制圖（識(shí)別地物）SAM與BandMax結(jié)合進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)基于BandMax向?qū)У腟AM目標(biāo)探測(cè)引導(dǎo)你完成高光譜影像的目標(biāo)探測(cè)。向?qū)У腂andMax部分能幫你找到最佳的波譜子集以區(qū)分背景和目標(biāo)，并節(jié)省處理的時(shí)間。向?qū)е饕幸韵聨讉€(gè)步驟：選擇輸入/輸出文件選擇目標(biāo)—選擇目標(biāo)波譜選擇背景—選擇需要抑制的背景信息利用BandMax計(jì)算有效波段—識(shí)別對(duì)SAM分析中有效的波段

選擇最大角閾值—定義SAM最大角檢驗(yàn)制圖成果—SAM分析以及成果檢驗(yàn)。4、植被分析植被指數(shù)計(jì)算器植被分析植被指數(shù)計(jì)算器提供了6類27種植被指數(shù)的計(jì)算綠度Greenness

光利用率LightUseEfficiency氮干旱或炭衰減DryorSenescentCarbonStressPigments冠層水分含量CanopyWaterContent提供了生物物理學(xué)交叉檢驗(yàn)