ENVI高光谱分析技术
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）
HYDICEAISA、DAIS、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
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0.4－2500μm。
HYMAP
• Spectral coverage: • VIS:400-800nm,15nm bands; • NIR:881-1335nm, 14nm bands; • SWIR1:1400-1813nm, 12nm bands; • SWIR2:1950-2543nm, 16nm bands; • Spectral bands: 126 • FOV: 60° • IFOV: 2.5 mrad(along_track) • 2.0 mrad(across_track) • Pixels per line: 512
– 用很窄（10-2λ）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。
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
2020/3/21
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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：（μW）/（cm2*nm*sr）。
• 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进行整合和图形化。
• 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
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0.4－2.5μm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。
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
邻接反射
直接反射Biblioteka 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
• 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（860nm1135nm）数据。
– 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、
• 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、Α残差 等定标工具。
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；