典型地物反射波谱测量与特征分析复习进程Word文件下载.docx

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二、实验内容与方法

1.实验内容

（1）典型地物反射波谱测量

选择典型地物类型，使用地物光谱仪，开展地物光谱测量，获得典型地物可见光近红外波段（0.4-2.5微米）的反射光谱曲线。

地物类型：

植被（草地、灌丛），水体（不同水深，有无植被），土壤（裸土、有少量植被覆盖土壤），不透水地面（水泥地面、沥青路面、大理石地面）。

（2）地物波谱特征分析

a）标准波谱库浏览

b）波谱库创建

c）高光谱地物识别

●从标准波谱库选择端元进行地物识别

●自定义端元进行地物识别

2.实验方法

（1）ASD光谱仪简介

FieldSpecPro型光谱仪是美国分析光谱设备（ASD）公司主要的野外用高光谱测量设备。

整台仪器重量7.2公斤，可以获取350~2500nm波长范围内地物的光谱曲线，探测器包括一个用于350-1000nm的512像元NMOS硅光电二极管阵列,以及两个用于1000-2500nm的单独的热电制冷的铟-镓-砷光电探测器。

便携式光谱仪是“我国典型地物标准波谱数据库”获取光谱数据的主要设备。

基本技术参数：

线性度：

+/-1%

波长精度：

+/-1nm@700nm

波长重复性：

在校准温度的+/-10°

C范围内优于+/-0.3nm.

光谱分辨率:

3nm@700nm,10nm@1400nmand2100nm.

采样间隔:

在350-1000nm范围内为1.4nm，在1000-2500nm范围内为2nm

扫描时间：

固定的扫描时间为0.1秒,光谱平均最多可达31,800次

等效辐射噪声）:

UV/VNIR（紫外到近红外）1.4x10-9W/cm2/nm/sr@700nm

NIR（近红外）2.4x10-9W/cm2/nm/sr@1400nm

NIR（近红外）8.8x10-9W/cm2/nm/sr@2100nm

图1FieldSpecPro型光谱仪

（2）光谱分析方法

分波段分析典型地物光谱差异。

描述在可见光波段、近红外波段的各种地物波普特征。

三、实验设备与材料

1.实验设备

（1）硬件：

ASD光谱仪；

手提电脑；

白板；

GPS；

数码相机。

（2）软件：

ENVIClassic，ASD光谱仪配套软件（RS3和ViewSpecProGraph）

2.实验材料

（1）在学校校园内选择各种典型地物类型进行测量即可。

（2）实验前已测量好的各类数据（在野外实验无法安排时，可以直接给学生提供提前测量好的各类地物光谱数据，用于地物光谱特征分析。

）

3.工作要求

（1）天气情况：

地面能见度：

晴朗，地面能见度不小于10km，

云量要求：

太阳周围90°

立体角范围内淡积云量小于2%，无卷云或浓积云等，

风力要求：

无风或微风（测量时间风力小于4级，对植物测量时风力最好小于3级）

测量时间：

为保持太阳高度角大于45度，且由于北京地区处于中纬度地区，所以测量时间应在北京时间10:

00~14:

00之间，冬季对于测量时间应该更加严格一些。

另外，测量速度应该满足<

=1min/组。

（2）测量情况：

为减少反射光对观测目标的影响，观测人员应着深色服装，观测时面对太阳站立与目标区后方，观测时保持探头垂直向下，使得机载成像光谱仪观测方向保持一致，注意观测目标的二项反射影响。

记录人员应站在观测人员身后，并避免在目标区周围走动。

对于记录人员，在输出光谱数据设置项中，每条光谱的平均采样次数应不少于10，测定暗电流的平均采样次数不少于20次。

每隔20分钟要重新对标准白板进行测量校正，以持测量数据的准确性。

此次实验能够测得波谱范围为：

350~1050nm之间（可见光和近红外波段）

四、实验步骤

1．地物波谱测定

1）光谱仪、计算机充电：

光谱仪电量不足时红灯闪亮，表现为和计算机的测量软件链接中断，但不会立马断电；

充满电后绿灯闪亮；

如果黄灯闪亮则说明过热，测量中若起初曲线噪声小，使用段时间后近红外波段波动很大，若测量环境未有大的变化，可以关掉软件，休息片刻再测。

2）安装好适当的镜头（视场角有25°

裸光纤，10°

和25°

）或其他附件（如GPS、余弦接收器等），准备好白板（Baco3白板25*25cm）。

两盏卤素灯位于探头两侧，且与探头在一条直线上，关灯，保证聚焦状态光斑在探头下。

白板若不干净，则影响定标，用蒸馏水泡，600*600及其以上的砂纸擦洗阴干；

使用高密度反射探头时注意不要让尖锐物体表面划伤，磕破镜面；

打开光谱仪电源，预热。

反射率采集预热10分钟足够。

3）再打开计算机，并启动RS3软件（室外采光条件好用黑白的，室内用彩色的）。

开始自动链接，连接好了会显示connected.

4）在软件上选择相应的视场角角度，并调整光谱平均，暗电流平均和白板采集平均次数。

Control/adjustconfiguration

5）在软件中选择需要储存数据的路径、名称、起始条数、采集条数和采样时间间隔。

Control/spectrumsave

6）反射率测量：

探头对准白板，点击Opt优化（白板必须充满探头视场。

每隔10-15分钟重新优化一次对于照明条件的改变造成的干扰是有好处的，机器启动初期，并且每隔3-5分钟采集一次暗电流）；

镜头对准白板，点击WR采集参比光谱。

此时，软件自动进入反射率测量状态；

撤走白板，保证整个视场范围在样品中，按空格键采集目标反射光谱；

测量过程中出现饱和状况需要重新优化。

7）测量时间：

若采集的光谱要用于高光谱图像的数据定标或解译，则使用时要与得到遥感影像的照明条件相似，建议在卫星过境或者机载传感器采集数据同时测定高光谱。

8）测量完成后先关闭计算机，再关闭光谱仪。

2．地物波谱特征分析

2.1标准波谱库浏览

ENVI自带多种标准波谱库，包括建立在JPL波谱库基础上的，从0.4~2.5μm三种不同粒径160种"

纯"

矿物的波谱。

美国USGS从0.4~2.5μm包括近500种典型的矿物和一些植被波谱。

来自JohnsHopkinsUniversity（JHU）的波谱包含0.4~14μm。

IGCP246波谱库有5部分组成，通过对26个优质样品用5个不同的波谱仪测量获得。

植被波谱库由ChrisElvidge提供，范围是0.4~2.5μm。

ENVI5.1波谱库中新增了2443种Aster的波谱文件，同时对应的波谱工具也有了很大的该进，用户可直观地看到每一种波谱库中的文件个数，以及更为方便的查看每一种波谱文件的波谱曲线。

ENVI的波谱库文件存放在HOME\ProgramFiles\Exelis\ENVI51\classic\spec_lib。

启动ENVI5.1，主菜单>

Display>

SpectralLibraryView，在对话框中显示的就是ENVI自带的波谱库文件；

图：

ENVI自带波谱库文件

（1）选择打开Veg_lib（99）中的几个植被波谱文件；

在vegetation波谱库中选择6种不同植被的波谱曲线，在下图可以看到起对应的波谱曲线，以及波谱文件的属性信息，包括常规信息和曲线信息。

不同植被波谱曲线

（2）波谱曲线显示窗口中的功能；

在波谱曲线窗口中可以看到4个部分的内容：

∙导入文件（Import）

导入数据方式

此功能可以导入两种格式的文件，包括ASCII及波谱库形式存在的文件。

∙导出文件（Export）

导出数据方式

导出波谱文件的格式可以分类4大类：

∙常见数据格式——ASCII与波谱库文件；

∙Image、PDF及Postscript输出格式；

∙复制波谱曲线；

∙直接打印曲线或在PowerPoint中展示；

∙选项工具（Options）

选项功能

选项工具中有三个功能：

∙打开新的Plot窗口——自由拖拽收集的地物波谱；

∙波谱曲线上显示十字丝——一直保持十字丝可见，显示波谱显现十字丝节点含义；

∙添加波谱图例——不同颜色的波谱曲线代表什么样的地物，更直观方便；

∙波谱曲线X、Y轴代表含义

X轴代表：

∙Wavelength：

（默认显示）影像波长；

∙Index：

波段i，i代表影像具有i个波段；

∙Wavenumber:

波数，即1/wavelength，波数与波长成反比关系，波长越小，波数就越大。

Y轴代表：

∙DataValue：

（默认显示）影像原始值；

∙包络线去除ContinuumRemoved：

绘制数据与连续删除。

连续的是，套在光谱的顶部的凸包。

它分为原始数据值，以产生连续取出的值。

在连续使用中的绘制曲线中所显示的第一和最后一个数据点计算的，所以只对已缩放的图形，在连续的基础上所显示的数据来计算范围。

∙BinaryEncoding：

二进制编码，重新生成0与1的波频曲线。

导出PNG格式的波谱曲线

（3）波谱曲线属性显示窗口

∙：

同一窗口中显示多个地类的波谱曲线不予重叠显示；

恢复原始数值范围曲线显示；

点击此功能显示或者隐藏PlotKey与曲线属性；

移除选中的一个曲线数据；

移除全部的曲线数据；

如果曲线节点有异常可以通过此工具进行编辑修订；

2.2波谱库创建

ENVI可以从波谱源中构建波谱库，波谱来源包括：

ASCII文件，由ASD波谱仪获取的波谱文件，标准波谱库，感兴趣区/矢量区域平均波谱曲线，波谱剖面和曲线等。

下面介绍波谱库建立的操作步骤：

第一步：

输入波长范围

（1）在ENVI中，选择Toolbox/Spectral/SpectralLibraries/SpectralLibraryBuilder。

打开SpectralLibraryBuilder对话框。

（2）为波谱库选择波长范围和FWHM值，有三个选项：

∙"

DataFile"

（ENVI图像文件）：

波长和FWHM值（若存在）从选择文件的头文件中读取

ASCIIFile"

：

波长值与FWHM值的列的文本文件

FirstInputSpectrum"

以第一次输入波谱曲线的波长信息为准

选择"

，单击ok，打开SpectralLibraryBuil