高光谱与高空间分辨率遥感实习指导书 - 图文

实习一 光谱的微分和积分

一、实习目的

熟悉和掌握光谱的微分和积分的概念，利用相关软件对植被高光谱数据进行微分和积分处理；利用高光谱数据分析植被的“红边”等典型植被高光谱特征。

二、原理与方法

1、光谱微分

光谱微分技术就是通过对反射光谱进行数学模拟，计算不同阶数的微分值，以提取不同的光谱参数。应用光谱微分技术能够部分消除大气效应、植被环境背景（阴影、土壤等）的影响，以反映植物的本质特征。所得的数据，可以用于植被生物化学信息的提取。不同研究者提出的植被指数可以认为是反映波形形态变化的反射光谱的n阶导数，而这种光谱的n阶导数实质上表达了植被叶绿素、水、氮等生物化学元素吸收波形的变化，是这些吸收物质的丰度与状态的光谱指标。

光谱微分公式（以二阶为例）为：

（1） ?''(?i)?[?'(?i?1)??'(?i?1)]/2??'???i为 波长，??i处的一阶微分光谱，(?i)为波长 式中， 为相邻两波段间的波长

间隔。

（a） 植被与土壤原始反射率曲线

（b）植被与土壤原始一阶导数曲线

图1 光谱微分处理示意图

2、光谱积分

光谱积分就是求光谱曲线在某一波长范围内的下覆面积。

?2

? f ( ) d （2） ?1????三、实习仪器与数据

EXCELL软件以及玉米叶片反射光谱。 四、实习步骤

1、计算玉米叶片反射光谱的一阶微分光谱

利用EXCELL软件导入玉米叶片反射率数据，并绘制其反射率光谱曲线（见图2）。采用公式1对玉米叶片反射率数据进行差分法处理，获得一阶微分光谱曲线（见图3）。比较和分析图2及图3。 0.60.50.4反射率0.30.20.103004005006007008009001000110012001300140015001600波长 (nm) 图2 玉米叶片反射率光谱曲线

0.020.015一阶微分光谱0.010.0050-0.005400500600700波长 (nm)8009001000 图3 玉米叶片一阶微分光谱曲线 2、根据一阶导数光谱，求取红边面积

计算670nm-760nm一阶导数光谱曲线与坐标轴之间包含的面积。 3、完成实习报告

内容包括：目的、玉米原始光谱曲线、玉米一阶导数光谱曲线、红边面积校。

实习二 光谱库的制作、光谱数据的重采样及连续统去除

一、实习目的

熟悉和掌握光谱库以及光谱数据的重采样及连续统去除等概念；利用ENVI软件制作光谱库，对光谱数据进行重采样及连续统去处理。

二、原理与方法

图4为连续统去除法示意图,图中的绿线即为包络线,它从外观上看就相当于原始反射光谱曲线的“外壳”,就像用一层薄膜包裹凹凸不平的固体物,则薄膜只与固体物的凸出部分接触。实际的光谱曲线是由离散的样点组成,所以可用连续的折线来近似光谱曲线的包络线(Clark et al., 1984)。包络线的物理含义为目标的背景场光谱，在获得包络线后,原始光谱与对应波段包络线的比值即为该波段的连续统去除后的归一化光谱值。连续统去除后的归一化光谱的特点是起始点数值为1,其间的点位于(0,1)。连续统去除法具有压抑背景光谱,扩大弱吸收特征信息的优势。连续统去除可有效突出吸收和反射特征,是一种有效的光谱分析方法。

图4 连续统去除示意图