ENVI高光谱分析1.ppt
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1、ENVI高光谱分析技术,邓书斌,主要内容,1、高光谱简介 2、高光谱数据预处理 3、物质制图与识别、探测 4、植被分析,1、高光谱遥感简介,光学遥感技术的发展: 全色(黑白)彩色摄影多光谱扫描成像高光谱遥感 高光谱分辨率遥感(HyperspectralRemote Sensing) 用很窄(10-2)而连续的光谱通道对地物持续遥感成像的技术。在可见光到短波红外波段其光谱分辨率高达纳米(nm)数量级,通常具有波段多的特点,光谱通道数多达数十甚至数百个以上,而且各光谱通道间往往是连续的,因此高光谱遥感又通常被称为成像光谱(Imaging Spectrometry)遥感。,从光谱影像上获得光谱曲线,
2、高光谱图像,空间成像的同时,记录下成百个连续光谱通道数据,从每个像元均可提取一条连续的光谱曲线,对高光谱图像的处理实质是对像元光谱曲线的定量化处理与分析,高光谱成像技术,成像光谱仪: 与地面光谱辐射计相比,成像光谱仪不是在“点”上的光谱测量,而是在连续空间上进行光谱测量,因此它是光谱成像的; 与传统多光谱遥感相比,其光谱通道不是离散而是连续的,因此从它的每个像元均能提取一条平滑而完整的光谱曲线。,成像光谱仪系统介绍,航空成像光谱仪系统 国内系统:MAIS、OMIS-1、OMIS-2、PHI、WHI、LASIS 国外系统:AIS、AVIRIS、TRWIS、GERIS、HYDICEAISA、DAI
3、S、CASI、HYMAP,AVIRIS,Spectral coverage: VIS to NIR (400-2500nm) Spectral bands: 224 Spectral resolution: 10nm FOV: 30 IFOV: 1.0 mrad Digitization:12 bits,HYMAP,Spectral coverage: VIS:400-800nm,15nm bands; NIR:881-1335nm, 14nm bands; SWIR1:1400-1813nm, 12nm bands; SWIR2:1950-2543nm, 16nm bands; Spectr
4、al bands: 126 FOV: 60 IFOV: 2.5 mrad(along_track) 2.0 mrad(across_track) Pixels per line: 512,航天成像光谱仪系统Hyperion/EO-1,国家:美国 时间:2000年11月卫星发射成功 扫描带宽:7.5km, 空间分辨率:30米, 在0.42.5m共有220波段: 可见光近红外(400-1000nm): 60波段, 短波红外(900-2500nm): 160波段。,环境与减灾小卫星星座(HJ-1B),2、高光谱数据预处理,传感器定标 大气校正,传感器定标,传感器定标是针对设备本身,建立传感器每个探测
5、元件输出的数据量化值(DN)与它所对应像元内的实际地物的辐射亮度之间的定量关系(陈述彭等,1998)。辐射亮度(辐射率)单位可为:(W)/(cm2*nm*sr)。 ENVI提供针对特定传感器的定标,包括ASTER、AVHRR、MODIS、MSS、TM、IKONOS、QuickBird、WorldView等;通用方法,包括:平场域定标、对数残差、内部平均反射率法和经验线性;针对热红外数据,还提供大气校正工具、相对通道发射率、归一化发射率、残差等定标工具。,为什么做大气纠正?,太阳辐射通过大气以某种方式入射到物体表面然后再反射回传感器 原始影像包含物体表面,大气,以及太阳的信息 如果我们想要了解某
6、一物体表面的光谱属性,我们必须将它的反射信息从大气和太阳的信息中分离出来。,大气散射,直接反射,邻接反射,大气校正方法,基于辐射传输模型 LOWTRAN模型 MORTRAN模型 ATCOR模型 6S模型 基于统计学模型 平场域定标 对数残差 内部平均反射率法 经验线性 基于简化辐射传输模型的黑暗像元法 基于统计的不变目标法 基于植被指数的大气阻抗植被指数法 ,ENVI大气校正模块,ENVI的大气校正模块的模型为MODTRAN 4+模型,它是由Spectral Sciences, Inc. (SSI)和Air Force Research Labs (AFRL)合作开发,ITT VIS进行整合和
7、图形化。 ENVI的大气校正模块能够对高光谱、多光谱影像进行校正。 高光谱包括:HyMAP、 AVIRIS、 HYDICE、HYPERION、Probe-1, CASI、AISA等; 多光谱包括:ASTER、AVHRR、IKONOS、IRS、Landsat、MODIS、SeaWiFS、SPOT、QuickBird等,以及航空(860nm-1135nm)数据。 多光谱与高光谱的模型基础一样:MODTRAN 4+。这个模块通过高光谱像素光谱上的特征来估计大气的属性,可以有效地去除水蒸气, 气溶胶散射,漫反射的邻域效应。采用向导式操作流程,还包括快速大气校正功能。,使用ENVI大气校正模块输入文件准
8、备,数据是经过定标后的辐射亮度(辐射率)数据 数据带有中心波长(wavelenth)值,如果是高光谱还必须有波段宽度(FWHM),这两个参数都可以通过编辑头文件信息输入(Edit Header)。 数据类型 支持四种数据类型:浮点型(floating)、4-byte signed integers, 2-byte signed integers,以及 2-byte unsigned integers。 数据存储类型: ENVI标准栅格格式文件,且是BIP或者BIL。 波谱范围:flaash能够做的数据光谱范围是0.42500m。,使用ENVI大气校正模块基本参数设置,传感器基本信息设置,使用E
9、NVI大气校正模块大气模型,水气去除设置Water Retrieval,水气去除设置,采用两种方式对水气进行去除: 利用水气去除模型恢复影像中每个像元的水气量 使用水气去除模型,数据必须具有15nm以上波谱分辨率,且至少覆盖以下波谱范围之一: 1050-1210 nm (对应 1135 nm) 870-1020 nm (对应940 nm) 770-870 nm (对应820 nm) 单一的水气因数用于整体影像,默认是1, 对于多光谱数据使用水气去除模型,可以在多光谱设置中手动设置水气波段,气溶胶模型(Aerosol Model),提供四种标准MODTRAN气溶胶模型 Rural(乡村)、Urb
10、an(城市)、Maritime(海洋)、Tropospheric(对流层,能见度在40km以上) 两种气溶胶去除方法 2-Band(K-T)方法(类似模糊减少法),如果没有找到适应的黑值(一般是阴影区或者水体),系统将采用能见度值来计算;所以即使选择了该选项也要给能见度。 选择None,采用能见度值参与气溶胶去除,能见度值大约参考值参见表,高级设置,光谱定义文件:内置AVIRIS、HYMAP、HYDICE、HYPERION、CASI、AISA。 气溶胶厚度系数:用于技术邻域效应范围。一般值为12km。 CO2混合比率:默认为390ppm。 使用领域纠正。 使用以前的MODTRAN模型计算结果。
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