ENVI高光谱分析技术ppt课件

1、ENVI高光谱分析技术邓书斌主要内容1、高光谱简介2、高光谱数据预处置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开展：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而延续的光谱通道对地物继续遥感成像的技术。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延续的，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高光谱图像空间成像的同时，记录下成百个延续

2、光谱通道数据从每个像元均可提取一条延续的光谱曲线对高光谱图像的处置本质是对像元光谱曲线的定量化处置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“点上的光谱丈量，而是在延续空间上进展光谱丈量，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延续的，因此从它的每个像元均能提取一条平滑而完好的光谱曲线。成像光谱仪系统引见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、DAIS、CASI、HYMAP AVIRIS Spectral cove

3、rage:VIS to NIR (400-2500nm) Spectral bands: 224Spectral resolution: 10nmFOV: 30IFOV: 1.0 mradDigitization:12 bitsHYMAPSpectral coverage:VIS:400-800nm,15nm bands;NIR:881-1335nm, 14nm bands;SWIR1:1400-1813nm, 12nm bands; SWIR2:1950-2543nm, 16nm bands;Spectral bands: 126FOV: 60IFOV: 2.5 mrad(along_tra

4、ck)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月卫星发射胜利扫描带宽：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-1B2、高光谱数据预处置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元件输出的数据量化值DN与它所对应像元内的实践地物的辐射亮度之间的定量关系陈说彭等，1998。辐射亮度辐射率单位可为：W/cm

5、2*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阅历线性；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？太阳辐射经过大气以某种方式入射到物体外表然后再反射回传感器原始影像包含物体外表，大气，以及太阳的信息假设我们想要了解某一物体外表的光谱属性，我们必需将它的反射信息从大气和太阳的信息中分别出来。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MORTRA

6、N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阅历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的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)协作开发，ITT VIS进展整合和图形化。ENVI的大气校正模块可以对高光谱、多光谱影像进展校正。高光谱包括：HyMAP、 AVIRIS、 HYDICE、HYPERION、Probe-1, CASI、AISA等；多光谱包括：AST

7、ER、AVHRR、IKONOS、IRS、Landsat、MODIS、SeaWiFS、SPOT、QuickBird等，以及航空860nm-1nm数据。多光谱与高光谱的模型根底一样：MODTRAN 4+。这个模块经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。采用导游式操作流程，还包括快速大气校正功能。运用ENVI大气校正模块输入文件预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，假设是高光谱还必需有波段宽度FWHM,这两个参数都可以经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floa

8、ting、4-byte signed integers, 2-byte signed integers,以及 2-byte unsigned integers。数据存储类型： ENVI规范栅格格式文件，且是BIP或者BIL。波谱范围：flaash可以做的数据光谱范围是0.42500m。运用ENVI大气校正模块根本参数设置传感器根本信息设置运用ENVI大气校正模块大气模型Model Atmosphere Water Vapor (std atm-cm) Water Vapor (g/cm2) Surface Air Temperature Sub-Arctic Winter (SAW) 5180

9、.42-16 C or 3 F Mid-Latitude Winter (MLW) 10600.85-1 C or 30 F U.S. Standard (US) 17621.4215 C or 59 Sub-Arctic Summer (SAS) 25892.0814 C or 57 Mid-Latitude Summer (MLS) 36362.9221 C or 70 Tropical (T) 51194.1127 C or 80 Latitude (N) Jan. March May July Sept. Nov. 80SAWSAWSAWMLWMLWSAW70SAWSAWMLWMLWM

10、LWSAW60MLWMLWMLWSASSASMLW50MLWMLWSASSASSASSAS40SASSASSASMLSMLSSAS30MLSMLSMLSTTMLS20TTTTTT10TTTTTT0TTTTTT-10TTTTTT-20TTTMLSMLST-30MLSMLSMLSMLSMLSMLS-40SASSASSASSASSASSAS-50SASSASSASMLWMLWSAS-60MLWMLWMLWMLWMLWMLW-70MLWMLWMLWMLWMLWMLW-80MLWMLWMLWSAWMLWMLW水气去除设置Water Retrieval水气去除设置，采用两种方式对水气进展去除：利用水气去除

11、模型恢复影像中每个像元的水气量运用水气去除模型，数据必需具有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 1 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，默许是1，对于多光谱数据运用水气去除模型，可以在多光谱设置中手动设置水气波段气溶胶模型Aerosol Model提供四种规范MODTRAN气溶胶模型Rural乡村、Urban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-BandK-T方法(类似模糊减少法)，假设没有找

12、到顺应的黑值普通是阴影区或者水体，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天气条件 能见度 晴朗 40 to 100 km 中等雾、阴霾 20 to 30 km 厚雾、阴霾15 km 或者更少 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。普通值为12km。CO2混合比率：默以为390ppm。运用领域纠正。运用以前的MODTRAN模型计算结果。设置MODTRAN模型的光谱分辨率引荐值5 cm-1)。设置MODTRA

13、N多散射模型。提供三种模型供选择Isaacs，DISORT和 Scaled DISORT。默许是Scaled DISORT和streams为8，这种模型对于小于1000nm具有较高的精度；天顶角方位角针对非星下点传感器。输出反射率缩放系数Output Reflectance Scale Factor：为了降低结果储存空间，默许反射率乘于10000。输出结果外表反射率影像水气含量数据云图日志文件FLAASH大气校正模板文件3、物质制图与识别、探测波谱库波谱分析端元波谱搜集高光谱制图与识别 波谱库ENVI波谱库 安装目录下spec_libJet Propulsion Laboratory 0.42

14、.5um 160种纯矿物波谱美国地质调查局(USGS) 0.42.5um 500种质优矿物波谱 和几个植被波谱Johns hopkins university 0.414um 矿物波谱IGCP264 (工程) 26个质优样品运用波谱仪丈量得到翻开波谱库spectral/spectral libraries/view) 显示波谱曲线(点击创建波谱库spectral/spectral libraries/builder) 波谱库的创建与阅读输入波长范围输入光谱从图像中获取外部文件二进制导入ASD波谱仪波谱库交互波谱库查看、编辑和分析波谱分割波谱重采样波谱分析工具 Spectral Analyst

15、波谱分析首先需求翻开一个波谱库，然后将未知波谱与波谱库中的波谱进展匹配处置，该工具运用波谱角分类,波谱特征拟和二进制编码技术,对一未知波谱与波谱库中要素的匹配进展排序,输出一个列表,按照波谱匹配的好坏依次陈列,并纪录一个总体的得分.匹配时需求设置三种方法所占的权重,权重是恣意的,最后输出一个总体得分,得分越高,阐明匹配效果越好.光谱识别流程MNF变换重要作用用于断定图像内在的维数分别数据中的噪声减少计算量弥补了主成分分析在高光谱数据处置中的缺乏计算时需求输入的参数统计信息的图像范围shift diff subset噪声统计文件可以用到另一副图像上做变换MNF统计文件(反变换的时候要用)Mnf变

16、换输出波段选择(根据特征值选择输出波段) 利用MNF变换后的图像进展端元提取经过MNF变换后的图像波段之间的相关性有效地降低了，并且出现了多个拐点，这些拐点就是我们要找的端元Endmembers。 波谱曲线对比编辑端元生成端元地物平均波谱曲线利用波谱分析工具进展端元识别识别每一类地物后,将端元导出成ROIPPI纯真像元指数生成的结果是一副灰度的影像,DN值越大阐明像元越纯.作用及原理纯真像元指数法对图像中的像素点进展反复迭代，可以在多光谱或者高光谱影像中寻觅最 纯的像元.(通常基于MNF变换结果来进展)纯真像元指数可以将N维散点图迭代映射为一个随机单位向量来计算,每次映射的极值像元被记录下来,

17、并且被标为极值的总数也被记录下来.按照多次映射每个像元被记录为极值像元的次数来决议该像元能否为纯真像元.计算时需求输入的参数进展迭代的次数设置域值的系数(极值像元的域值)数据二次采样(减少内存,但不能太小)处置时会出现纯真像元指数图X- 像元迭代次数,Y-极值像元总数该图显示了PPI做为迭代次数的函数当一切极值像元都曾经找到后,它应该接近于一条程度线处置结果: DN值越大阐明像元越纯.PPI纯真像元指数提取ROI设置波段域值提取PPI_ROI通常只设最小值 (值越大,像元越纯真)N维可视化器提取PPI_ROI后翻开N维可视化器,选择MNF变换结果,系统默许导入PPI_ROIPPI_ROI端元提

18、取波谱曲线对比编辑ROI生成地物平均波谱波谱分析,端元识别端元波谱搜集端元波谱搜集器ASCII文件ASD丈量文件波谱库ROI/矢量文件统计文件剖面波谱图N维可视化分析器二维散点图SMACC工具一切监视分类与高光谱制图工具高光谱制图二进制编码波谱角分类线性波段预测LS-Fit线性波谱分别光谱信息散度匹配滤波混合调谐匹配滤波MTMF包络线去除光谱特征拟合多范围光谱特征拟合高光谱制图练习从规范波谱库中获取端元波谱翻开jpl_lib/jpl1.sli波谱库文件，获得以下物质的波谱ALUNITE SO-4ABUDDINGTONITE FELDS TS-11ACALCITE C-3DCHABAZITE T

19、S-15AILLITE PS-11AKAOLINITE WELL ORDERED PS-1A选择Spectral Angle Mapper制图方法波谱沙漏工具目的识别导游式波谱分析工具影像亮度值定标为反射率最小噪声分别MNF纯真像元指数PPIN维散度分析选择终端单元地物制图地物识别Apparent ReflectanceMNFPPIn-DIDMap Distributionand Abundance作用：将地物波谱与端元波谱进展对比来地物制图识别地物SAM与BandMax结合进展目的探测基于BandMax导游的SAM目的探测引导他完成高光谱影像的目的探测。导游的BandMax部分能帮他找到最正确的波谱子集以区分背景和目的，并节省处置的时间。导游主要有以下几个步骤：选择输入/输出文件选择目的选择目的波谱选择背景选择需求抑制的背景信息利用BandMax计算有效波段识别对SAM分析中有效的波段 选择最大角阈值 定义SAM 最大角检验制图成果 SAM分析以及成果检验。4、植被分析植被指数计算器植被分析植被指数计算器提供了6类 27种植被指数的计算绿度Greenness光利用率Light