典型地物反射波譜測(cè)量與特征分析

典型地物反射波譜測(cè)量與特征分析實(shí)驗(yàn)意義：()對(duì)光譜測(cè)量?jī)x器的認(rèn)識(shí)：野外光譜分析儀的單一光譜。分光儀主要由附屬手提電腦，觀測(cè)儀器，手槍式把手，光線光學(xué)()對(duì)課堂內(nèi)容的認(rèn)識(shí)：地物反射光譜是指某種物體的反射率或反射輻射能隨波長(zhǎng)變時(shí)間、季節(jié)的變化。地物本身差異、土壤含水量、植被病蟲(chóng)害。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?)地物波譜數(shù)據(jù)獲取需要使用地面光譜儀，通過(guò)該實(shí)驗(yàn)學(xué)會(huì)地面光譜儀的原理與使用方法。()通過(guò)對(duì)地物光譜曲線分析，比較相異與相似地物反射光譜特征。認(rèn)識(shí)并掌握典型地物反射光譜特征。()典型地物反射波譜測(cè)量選擇典型地物類型，使用地物光譜儀，開(kāi)展地物光譜測(cè)量，獲得典型地物可見(jiàn)光近紅外），()地物波譜特征分析標(biāo)準(zhǔn)波譜庫(kù)瀏覽波譜庫(kù)創(chuàng)建高光譜地物識(shí)別型光譜儀是美國(guó)分析光譜設(shè)備公司主要的野外用高光譜測(cè)量設(shè)備。整臺(tái)像元硅光電二極管陣列以及兩個(gè)用于基本技術(shù)參數(shù)：線性度：波長(zhǎng)精度：波長(zhǎng)重復(fù)性：在校準(zhǔn)溫度的+/-10°C范圍掃描時(shí)間：固定的掃描時(shí)間為秒光譜平均最多可達(dá)次()光譜分析方法分波段分析典型地物光譜差異。描述在可見(jiàn)光波段、近紅外波段的各種地物波普特征。()在學(xué)校校園內(nèi)選擇各種典型地物類型進(jìn)行測(cè)量即可。()實(shí)驗(yàn)前已測(cè)量好的各類數(shù)據(jù)（在野外實(shí)驗(yàn)無(wú)法安排時(shí)，可以直接給學(xué)生提供提前測(cè)量()天氣情況：地面能見(jiàn)度：晴朗，地面能見(jiàn)度不小于，云量要求：太陽(yáng)周圍°立體角范圍內(nèi)淡積云量小于，無(wú)卷云或濃積云等，風(fēng)力要求：無(wú)風(fēng)或微風(fēng)（測(cè)量時(shí)間風(fēng)力小于級(jí)，對(duì)植物測(cè)量時(shí)風(fēng)力最好小于級(jí)）以測(cè)量時(shí)間應(yīng)在北京時(shí)間之間，冬季對(duì)于測(cè)量時(shí)間應(yīng)該更加嚴(yán)格一些。另外，測(cè)量速度應(yīng)該滿足組。()測(cè)量情況：記錄人員，在輸出光譜數(shù)據(jù)設(shè)置項(xiàng)中，每條光譜的平均采樣次數(shù)應(yīng)不少于，測(cè)定暗電流的平均采樣次數(shù)不少于次。每隔分鐘要重新對(duì)標(biāo)準(zhǔn)白板進(jìn)行測(cè)量校見(jiàn)光和近紅外波段）.地物波譜測(cè)定光譜儀、計(jì)算機(jī)充電：光譜儀電量不足時(shí)紅燈閃亮，表現(xiàn)為和計(jì)算機(jī)的測(cè)量軟件鏈接中斷，但不會(huì)立馬斷電；充滿電后綠燈閃亮；如果黃燈閃亮則說(shuō)明過(guò)熱，測(cè)量中若起初曲線噪聲小，使用段時(shí)間后近紅外波段波動(dòng)很大，若測(cè)量環(huán)境未有大的變化，可以關(guān)掉軟件，休息片刻再測(cè)。安裝好適當(dāng)?shù)溺R頭（視場(chǎng)角有°裸光纖，°和°)或其他附件（如、余弦），兩盞鹵素?zé)粑挥谔筋^兩側(cè)，且與探頭在一條直線上，關(guān)燈，保證聚焦?fàn)顟B(tài)光斑在探頭下。白板若不干凈，則影響定標(biāo)，用蒸餾水泡，及其以上的砂紙擦洗陰干；使用高密度反射探頭時(shí)注意不要讓尖銳物體表面劃傷，磕破鏡面；再打開(kāi)計(jì)算機(jī)，并啟動(dòng)軟件（室外采光條件好用黑白的，室內(nèi)用彩色的）。開(kāi)始自動(dòng)鏈接，連接好了會(huì)顯示在軟件上選擇相應(yīng)的視場(chǎng)角角度，并調(diào)整光譜平均，暗電流平均和白板采集平均次數(shù)。在軟件中選擇需要儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的路徑、名稱、起始條數(shù)、采集條數(shù)和采樣時(shí)間間隔。反射率測(cè)量：探頭對(duì)準(zhǔn)白板，點(diǎn)擊優(yōu)化（白板必須充滿探頭視場(chǎng)。每隔分鐘重新優(yōu)化一次對(duì)于照明條件的改變?cè)斐傻母蓴_是有好處的，機(jī)器啟動(dòng)初期，并且每隔分鐘采集一次暗電流）；鏡頭對(duì)準(zhǔn)白板，點(diǎn)擊采集參比光譜。此時(shí)，軟件自動(dòng)進(jìn)入反射率測(cè)量狀態(tài)；撤走白板，保證整個(gè)視場(chǎng)范圍在樣品中，按空格鍵采集目標(biāo)反射光譜；測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)飽和狀況需要重新優(yōu)化。測(cè)量時(shí)間：若采集的光譜要用于高光譜圖像的數(shù)據(jù)定標(biāo)或解譯，則使用時(shí)要與得到遙感影像的照明條件相似，建議在衛(wèi)星過(guò)境或者機(jī)載傳感器采集數(shù)據(jù)同時(shí)測(cè)定高光測(cè)量完成后先關(guān)閉計(jì)算機(jī)，再關(guān)閉光譜儀。.地物波譜特征分析波譜庫(kù)有部分組成，通過(guò)對(duì)個(gè)優(yōu)質(zhì)樣品用被波譜庫(kù)由提供，范圍是μ。μ包括近種典型的)的波譜包含μ。波譜庫(kù)中新增了種的波譜文件，同時(shí)對(duì)應(yīng)的波譜工具也有了很大的該進(jìn)，用戶可直觀地看到每一種波譜庫(kù)中的文件個(gè)數(shù)，以及更為方便的查看每一種波譜文件的波譜曲線。ENVIENVI的波譜庫(kù)文件存放在框中顯示的就是自帶的波譜庫(kù)文件；()選擇打開(kāi)中的幾個(gè)植被波譜文件；在波譜庫(kù)中選擇種不同植被的波譜曲線，在下圖可以看到起對(duì)應(yīng)的波譜曲線，在波譜庫(kù)中選擇種不同植被的波譜曲線，在下圖可以看到起對(duì)應(yīng)的波譜曲線，以及波譜文件的屬性信息，包括常規(guī)信息和曲線信息。圖：不同植被波譜曲線()波譜曲線顯示窗口中的功能；在波譜曲線窗口中可以看到個(gè)部分的內(nèi)容：..導(dǎo)入文件()圖：導(dǎo)入數(shù)據(jù)方式此功能可以導(dǎo)入兩種格式的文件，包括.導(dǎo)出文件()圖：導(dǎo)出數(shù)據(jù)方式導(dǎo)出波譜文件的格式可以分類大類：.常見(jiàn)數(shù)據(jù)格式——與波譜庫(kù)文件；.、及輸出格式；.復(fù)制波譜曲線；.直接打印曲線或在中展示；.選項(xiàng)工具()圖：選項(xiàng)功能選項(xiàng)工具中有三個(gè)功能：.打開(kāi)新的窗口——自由拖拽收集的地物波譜；.波譜曲線上顯示十字絲——一直保持十字絲可見(jiàn)，顯示波譜顯現(xiàn)十字絲節(jié)點(diǎn)含義；.添加波譜圖例——不同顏色的波譜曲線代表什么樣的地物，更直觀方便；.波譜曲線、軸代表含義X軸代表：.默認(rèn)顯示）影像波長(zhǎng)；.Wavenumber:波數(shù)，即，波數(shù)與波長(zhǎng)成反比關(guān)系，波長(zhǎng)Y軸代表：.默認(rèn)顯示）影像原始值；.包絡(luò)線去除：繪制數(shù)據(jù)與連續(xù)刪除。連續(xù)的是，套在光譜的頂部的凸包。它分為原始數(shù)據(jù)值，以產(chǎn)生連續(xù)取出的值。在連續(xù)使用中的繪制曲線中所顯示的第一和最后一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)計(jì)算的，所以只對(duì)已縮放的圖形，在連續(xù)的基礎(chǔ)上所顯示的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算范圍。圖：導(dǎo)出格式的波譜曲線圖：導(dǎo)出格式的波譜曲線()波譜曲線屬性顯示窗口..：同一窗口中顯示多個(gè)地類的波譜曲線不予重疊顯示；.：恢復(fù)原始數(shù)值范圍曲線顯示；.：點(diǎn)擊此功能顯示或者隱藏與曲線屬性；.：如果曲線節(jié)點(diǎn)有異?？梢酝ㄟ^(guò)此工具進(jìn)行編輯修訂；ENVI可以從波譜源中構(gòu)建波譜庫(kù)，波譜來(lái)源包括：波譜儀獲取的波譜文件，標(biāo)準(zhǔn)波譜庫(kù)，感興趣區(qū)矢量區(qū)域平均波譜曲線，波譜剖面和曲線下面介紹波譜庫(kù)建立的操作步驟：()在中，選擇()為波譜庫(kù)選擇波長(zhǎng)范圍和值，有三個(gè)選項(xiàng)：文件中讀取.：波長(zhǎng)值與.：以第一次輸入波譜曲線的波長(zhǎng)信息為準(zhǔn)在面板中，可以從各種數(shù)據(jù)源中收集波譜，見(jiàn)下表。所有收集的波譜被自動(dòng)重采樣到選擇的波長(zhǎng)空間。ASCIIfile）fromASDfromSpectralLibraryfromROI/EVFfrominputfilefromStatsfileWindows.收集圖像上某個(gè)像元的波譜：()選擇，在對(duì)話框中，顯示當(dāng)前鼠標(biāo)點(diǎn)的剖面曲線。找到要收集的像元，鼠標(biāo)選中，該像元的波譜曲線顯示()回到面板中，選擇，()導(dǎo)入的波譜顯示在列表中，在波譜名稱（）字段對(duì)應(yīng)的記錄雙面板圖：面板這種方法是從圖像上獲取單個(gè)點(diǎn)的波譜曲線，也可以獲取某個(gè)區(qū)域的平均波譜曲線，如文件或者矢量文件。.收集或矢量文件范圍的平均波譜,選擇高光譜文件作為波譜來(lái)源。面板圖：面板()選中某一類感興趣區(qū)，如方解石，點(diǎn)擊，繪制該感興趣區(qū)的平均光圖：方解石的平均光譜曲線打開(kāi)面板；()在面板中，可以輸入以下參數(shù)：.剖面范圍空白（軸的范圍，根據(jù)波譜值自動(dòng)調(diào)節(jié)）.波長(zhǎng)單位():.值縮放系數(shù)():.值縮放系數(shù)():()選擇輸入路徑及文件名，單擊保存波譜庫(kù)文件。圖：保存波譜庫(kù)參數(shù)設(shè)置面板圖：保存波譜庫(kù)參數(shù)設(shè)置面板從波譜儀中導(dǎo)入波譜曲線.使用軟件輸出打開(kāi)具體步驟如下：選擇數(shù)據(jù)圖thatsthedatayouhavecollected.SelecrintHeaderInformationasthatwillgiveyoureallyusefulinformationontheinstrument.ThenclickOKtoproceed.在SpectralLibraryBuilderwindow,fromASCIIfile高光譜圖像分類方法與傳統(tǒng)的多光譜分類有本質(zhì)的區(qū)別，從高光譜圖像的每個(gè)像元均可以獲取一條連續(xù)的波譜曲線，就可以考慮用已知的波譜曲線和圖上每個(gè)像元獲取的波譜曲線進(jìn)行對(duì)比，理想情況下兩條波譜曲線一樣，就能說(shuō)明這個(gè)像元是哪種物質(zhì)。我們把高光譜圖像分類、物質(zhì)識(shí)別、探測(cè)等稱為波譜識(shí)別。ENVI提供許多波譜分析方法，包括：二進(jìn)制編碼、波譜角分類、線性波包絡(luò)線去除、光譜特征擬合、多范圍光譜特征擬合等。下面以一高光譜數(shù)據(jù)為例，學(xué)習(xí)用波譜角分析方法從高光譜圖像中識(shí)別物工具等。這里我們選擇從波譜庫(kù)中收集端元波譜的方式。()啟動(dòng)()啟動(dòng)，打開(kāi)高光譜數(shù)據(jù),點(diǎn)擊、、、，收集這些礦物的端元波譜并自動(dòng)繪制在右側(cè)的窗口中，將這四條光譜曲線繪制在新的波譜顯示窗口，修改每條曲線為中文名；圖：從波譜庫(kù)中收集端元波譜()在中，打開(kāi)工具，在文件對(duì)話框中選擇高光譜數(shù)據(jù)；()在面板中，選擇。將個(gè)端元波譜全部選中，點(diǎn)擊；()選擇波譜角識(shí)別方法。()單擊，選中所有的端元波譜。圖：選擇端元波譜和制圖方法圖：選擇端元波譜和制圖方法()單擊在,運(yùn)行波譜角法制圖。面板上，設(shè)置波譜角閾值：,選擇結(jié)果輸出路徑圖：礦物識(shí)別結(jié)果這里我們選擇從圖像上收集端元波譜的方式，包括收集單個(gè)像元波譜和區(qū)()啟動(dòng)()啟動(dòng)，打開(kāi)高光譜數(shù)據(jù)；()單擊主菜單，在圖像上定位到像素坐標(biāo)為：()的像元，即在工具欄輸入回車，將該像元的光譜曲線顯示在窗口中()在中，打開(kāi)工具，在文件對(duì)話框中選擇高光譜數(shù)據(jù)；()在面板中，選擇–。將顯示的端元波譜選中，點(diǎn)擊；單個(gè)像素的波譜曲線收集好了，下面是收集一個(gè)區(qū)域的平均波譜。()在圖層管理器中上點(diǎn)擊右鍵，找到一片需要識(shí)別的區(qū)域，繪制一個(gè)多邊形區(qū)域；注：可直接打開(kāi)端元將繪制的都選中，點(diǎn)擊；()在面板，選擇，單擊將幾條圖：保存端元波譜圖：保存端元波譜()在中，選擇，選擇在對(duì)話框作為對(duì)比波譜庫(kù)，在識(shí)別方法權(quán)重上按照默認(rèn)，點(diǎn)擊；()在面板上，選擇;圖：設(shè)置待識(shí)別波譜與標(biāo)準(zhǔn)波譜庫(kù)的單位比例關(guān)系圖：設(shè)置待識(shí)別波譜與標(biāo)準(zhǔn)波譜庫(kù)的單位比例關(guān)系()在面板上，單擊按鈕，選擇之前步驟中得到的第一個(gè)波譜進(jìn)行分析，點(diǎn)擊，記下分值最高對(duì)應(yīng)的地物；圖：選擇一個(gè)波譜進(jìn)行分析圖：波譜曲線分析結(jié)果()回到面板，將波譜分析得到的地物名在中輸入；()重復(fù)兩步，識(shí)別剩下的波譜，最后結(jié)果如下圖所示：圖：波譜識(shí)別結(jié)果譜角識(shí)別方法；()選擇()單擊