高光譜遙感簡介PPT課件(PPT 35頁)

1、高光譜遙感簡介1.第1頁，共35頁。課程性質(zhì)：選修課課程時(shí)間：12周15周課時(shí)：32學(xué)時(shí) 16上課學(xué)時(shí) 16上機(jī)學(xué)時(shí)課程要求：理論聯(lián)系實(shí)際 積極主動(dòng)考查方法：課程作業(yè)一份課程安排2.第2頁，共35頁。遙感基本概念回顧高光譜遙感技術(shù)的概念以及特點(diǎn)高光譜遙感數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)高光譜傳感器介紹光譜庫介紹3.第3頁，共35頁。遙感（Remote Sensing）：通過電磁波與地物的相互作用，以波譜和空間兩維成像方式來探測地物特性的技術(shù)。遙感remote sensing電磁波與物質(zhì)相互作用的類型有哪些？在進(jìn)行被動(dòng)遙感時(shí)，電磁波要與多少種物質(zhì)進(jìn)行作用？請(qǐng)大家列舉遙感常用的波段4.第4頁，共35頁。全色攝影相

2、片SPOT 5 號(hào)全色波段圖像灰度影像解譯5.第5頁，共35頁。彩色成像技術(shù)及多波段成像技術(shù)SPOT 5 號(hào)多波段合成圖像多波段影像解譯6.第6頁，共35頁。高光譜遙感Hyperspectral Remote Sensing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（Hyperspectral Remote Sensing）：用很窄（0.01波長）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

3、成像光譜（Imaging Spectrometry）遙感。7.第7頁，共35頁。8.第8頁，共35頁。波段特點(diǎn)： 波段多、波段寬度窄、波段連續(xù)數(shù)據(jù)量特點(diǎn)： 數(shù)據(jù)量大、信息冗余增加高光譜遙感的特點(diǎn)9.第9頁，共35頁。光譜反射曲線影像立方體圖譜合一的特點(diǎn)10.第10頁，共35頁。水稻: 99-15圖譜合一五七農(nóng)場, 常州水稻: 武香5021水稻: 99-15波段11.第11頁，共35頁。1 高光譜圖像信息的顯示，如圖像立方體的生成；2 光譜重建，即成像光譜數(shù)據(jù)的定標(biāo)、定量化和大氣糾正模型與算法，依此實(shí)現(xiàn)成像光譜信息的圖像光譜轉(zhuǎn)換；3 光譜編碼，尤其指光譜吸收位置、深度、對(duì)稱性等光譜特征參數(shù)的算法

4、；4 基于光譜數(shù)據(jù)庫的地物光譜匹配識(shí)別算法；5 混合光譜分解模型；6 基于光譜模型的地表生物物理化學(xué)過程與參數(shù)的識(shí)別和反演算法高光譜數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)12.第12頁，共35頁。光譜測量儀器野外光譜儀請(qǐng)同學(xué)們回顧下面的基本概念：地物光譜反射率，談?wù)動(dòng)绊懙匚锕庾V反射率的因素地物的光譜反射率：是物體的反射輻射通量與入射輻射通量之比方向性 譜特性 時(shí)間性 空間13.第13頁，共35頁。光譜輻射儀（Spectrometer/Spectroradiometers ） 能夠在電磁波紫外到近紅外（300-2500nm）的太陽反射波譜段內(nèi)獲取地物點(diǎn)狀的連續(xù)光譜輻射量曲線。光譜反射率（Reflectance）的獲得

5、：利用分光光度計(jì)（地面光譜儀/野外光譜儀）可以分別測量目標(biāo)地物與標(biāo)準(zhǔn)白板的光譜輻射能量，其比值就是地物的光譜反射率。標(biāo)準(zhǔn)白板通常使用聚四氟乙烯（PFTE）為材料，它在400-2500 nm區(qū)間的反射率為100% 。其它還有硫酸鋇或氧化鎂。光譜測量儀器野外光譜儀14.第14頁，共35頁。15.第15頁，共35頁。16.第16頁，共35頁。17.第17頁，共35頁。1）準(zhǔn)備工作:光譜儀、計(jì)算機(jī)充電、安裝鏡頭，連線，打開電源以及軟件2）測量過程：鏡頭對(duì)準(zhǔn)白板，進(jìn)行OPT優(yōu)化鏡頭對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，進(jìn)行地物光譜反射率采集3）整理工作地物數(shù)據(jù)的測量18.第18頁，共35頁。19.第19頁，共35頁。20.第20頁

6、，共35頁。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)”上的光譜測量，而是在連續(xù)空間上進(jìn)行光譜測量，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。第一種 線陣列探測器撣掃式掃描方式第二種 面陣列探測器推掃式掃描方式光譜測量儀器成像光譜儀21.第21頁，共35頁。22.第22頁，共35頁。23.第23頁，共35頁。影像分辨率主要決定于瞬時(shí)視場(IFOV,instantaneous field of view)角和成像高度。瞬時(shí)視場角越小、飛機(jī)航高越低，地面分辨單元越小，分辨率就越高。IFOV值小意味空間分辨

7、率越高 。IFOV值大意味著輻射分辨率越高。因?yàn)楫?dāng)傳感器接受地面反射能量時(shí)，探測器上聚焦的總能量更大；由于這種高信號(hào)使得傳感器對(duì)地面輻射率的測量更加敏感，其結(jié)果是輻射分辨率更高或者說是區(qū)分微小的能量的能力方面有所提高傳感器的設(shè)計(jì)IFOV應(yīng)該在空間分辨率與輻射分辨率中折中24.第24頁，共35頁。25.第25頁，共35頁。26.第26頁，共35頁。MODIS主要技術(shù)指標(biāo)軌道：705km，太陽同步，近極地軌道輻射靈敏度：12b波段范圍：36個(gè)波段、0.414.4m空間分辨率： 2個(gè)波段為250m 5個(gè)波段為500m 29個(gè)波段為1000m帶寬：2330km，12天全球覆蓋MODIS(Moderat

8、e Resolution Imaging Spectroradiometer)27.第27頁，共35頁。Electronics ConsolePOS SystemHyperspace.Sensor SystemOnboard Layout of PHISpectral coverage:VIS to NIR (450-850nm) spectral regionSpectral bands: 244Spectral resolution: 5nmSpectral sampling interval: 1.9nmPixels per line: 376Digitization: 12 bitsS

9、ensor weight: 9kgPHI The Push broom Hyperspectrl Imagers28.第28頁，共35頁。NaganoMinamimakiImage Cube of 80-bands PHI HRS Image29.第29頁，共35頁。 農(nóng)業(yè)應(yīng)用（精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)）：農(nóng)作物的識(shí)別和品種劃分左:日本長野縣鹽尻市南部農(nóng)作物的識(shí)別結(jié)果 紫-水稻, 黃-葡萄, 綠-梨, 藍(lán)-大豆右:長野市西北部農(nóng)作物的識(shí)別結(jié)果 黃-蘋果, 藍(lán)-水稻下:葡萄的相對(duì)長勢，紅色區(qū)長勢相對(duì)較好HighLowPHI在日本30.第30頁，共35頁。80 年代后期，美國噴氣推進(jìn)研究室（JPL）制成機(jī)載可見紅

10、外成像光譜儀（AVIRIS）的完整樣機(jī)。0.4m2.45m 224 個(gè)連續(xù)的光譜波段圖像。波段寬度10nm當(dāng)飛機(jī)在20km 高空飛行 時(shí)，圖像地面分辨率可達(dá)20m航空可見光/紅外成像光譜儀AVIRIS31.第31頁，共35頁。光譜庫是由高光譜成像光譜儀在一定條件下測得的各類地物反射光譜數(shù)據(jù)的集合準(zhǔn)確地解譯遙感圖像信息、快速地實(shí)現(xiàn)未知地物的匹配、提高遙感分類識(shí)別水平起著至關(guān)重要的作用。由于高光譜成像光譜儀產(chǎn)生了龐大的數(shù)據(jù)量，建立地物光譜數(shù)據(jù)庫，運(yùn)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)來保存、管理和分析這些信息，是提高遙感信息的分析處理水平并使其能得到高效、合理之應(yīng)用的唯一途徑，并給人們認(rèn)識(shí)、識(shí)別及匹配地物提供了基礎(chǔ)

11、。光譜庫32.第32頁，共35頁。包括植被、土壤、水體、冰雪、巖礦和人工目標(biāo)完整的地面數(shù)據(jù)采集記錄應(yīng)包括： 1） 觀測數(shù)據(jù)； 2） 測點(diǎn)狀況數(shù)據(jù)； 3） 觀測方法和數(shù)據(jù)處理方法的說明； 4） 觀測人員信息； 5）觀測數(shù)據(jù)之元數(shù)據(jù)：包括觀測數(shù)據(jù)項(xiàng)的定義，數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)庫現(xiàn)存數(shù)據(jù)的狀況。33.第33頁，共35頁。USGS、JPL、JHU、IGCP-264、ASTERUSGC 1993年 美國地質(zhì)勘探局USGC（United States Geological Survey）建立 波長范圍0.2 3.0um JPL 美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室 (JPL Jet Propulsion Laboratory ) 160 種不同粒度的常見礦物進(jìn)行了測試，并同時(shí)進(jìn)行了X 光測試分析。最后按照小于45um,，45125um,，125500um 3 種粒度,分別建立了3 個(gè)光譜庫JPL1，JPL2， JPL3，突出反映了粒度對(duì)光譜反射率的影響。除光譜數(shù)據(jù)外，還規(guī)范了樣品采集、樣品純度和組分分析方法約翰霍普金斯大學(xué)(JHU)提供了包含15 個(gè)子庫的光譜庫，針對(duì)不同的地物類型選用了不同的分光計(jì)，并且每種地物都給出了詳細(xì)的文本介紹。常用光譜庫介紹34.第34頁，共35頁。2000 年5 月，加利福尼亞技術(shù)研究所建立了ASTER 光譜庫，該庫還配備了相關(guān)的輔助信息，并帶有數(shù)據(jù)庫搜索功能，用戶能查詢光譜數(shù)據(jù)。