北大-高光谱遥感监测20150714

高光谱遥感地物识别田庆久tianqj@）

南京大学国际地球系统科学研究所2015年7月14日---定量遥感精品课程---引言基本概念

优势与局限遥感器发展

遥感成像方式处理与分析技术识别与应用展望目录

电磁波与地物相互作用

电磁波与地物表面及大气的相互作用与其频率密切相关。任何物质都会反射、吸收、透射和辐射电磁波，不同性质、结构的物质会产生不同频率的电磁波。电磁波产生的方式多种多样，包括电磁振荡，晶格或分子的热运动，晶体分子或原子的电子能级跃迁，分子、原子核振动与转动能级、内层电子能级、原子核内能级电子跃迁。从辐射源（如太阳）入射到物体上的辐射可分成吸收、透射和反射三个分量。根据能量守恒定律，

+

+

=1，其中

、

、

分别是吸收、透射和反射比。一、引言

典型地物反射光谱特征水汽红外透过率光谱

液态水红外透过率光谱

以水体波谱特征为例：水分子有3种基谐振动模式，它们都位于中红外，并随水状态（固、液、气）而变化，可见光和反射红外区只出现水的倍频和合频谱带。矿物岩石中只要有水，就会在1.45μm和1.9μm处出现两个特征谱带，二者同时出现是含水的鉴定证据，若只有1.45μm谱带，则存在羟基，而不是水分子。图气态H2O的3个基频振动模式图液态H2O的3个基频振动模式液态水分子由3个原子组成，它有3个简正频率ν1，ν2和ν3，对应3个波长：

λ1＝3．106μm——对称的O-H基伸缩运动；λ2＝6.08μm——H-O-H键的弯折运动；

λ3＝2．903μm——非对称的O-H伸缩运动，它们部是基频模式。

倍频：2ν1，2ν2、和2ν3，相应波长则为λ1/2，λ2／2和λ3／2。合频：ν＝ν3十ν2，其波长为：1/λ=1/λ2+1/λ3，→λ=1.87μm

或者v’＝2v1十ν3，λ’＝0．962μm。H20的基频、倍频与合频气态液态固态υ12.743.1063.17υ26.476.086.36υ32.662.9032.96υ2+υ31.8751.932.022υ31.381.451.52υ1+υ2+υ31.141.211.253υ30.910.981.02表

H2O的可见光/短波红外吸收特征在土壤、矿物、岩石的光谱上，只要含水，就有两个吸收带，一个在1.45μm附近(倍频2ν3)，另一个在1．9μm附近(组合合频ν3十ν2。这两个带的有无，常用作含水分与否的诊断依据。如果这两个带很狭窄，说明水分子占据确切有序的位置；反之则说明水分子杂乱无序。谱带的确切位置和形状反映了水分子与无机物的特定关系。图以不同含水材料的光谱说明了这一效应。倍频）2ν3和合频ν3十ν2以及谱形、位置的变化均在图中清晰可见。图光谱线型及位置的变化与水分子两个谐音振动有关（倍频2ν3和合频ν3十ν2）2160-2220nm矿物的精细光谱特征图矿化蚀变在反射光谱特性

图常见矿物光谱吸收特征

图由于矿物混合而引起的碳酸岩光谱特征变

决定矿物光谱特征的因素除化学成分外，晶体结构是影响矿物光谱特征的另一重要因素图。矿物吸收特征的尖锐程度取决于矿物的结晶程度，结晶程度越好吸收特征越明显。

无水硬石膏（黑色）解理状石膏（红色）油气烃

烃类物质在2.27-2.46μm吸收带的形状为一宽谷（近0.2μm宽）、双峰（2.31和2.348μm）的强吸收带，吸收强度大于15%。这一吸收带为甲基（-CH3）、亚甲基（CH2）和芳烃（-CH）分子基团振动的倍频与合频所致，无其它原油组分的干扰因素。不同地质时代、不同组分的原油波谱曲线，在2.27-2.46μm的吸收带都很稳定，仅存在吸收程度上的差异。重质原油比轻质原油在2.27-2.46μm吸收带要强烈得多，说明重质烃对此吸收带造成的影响要大。图烃类物质的光谱吸收特征

分子基团相应的矿物特征吸收峰的位置与特点H2O红外区只能出现水的倍频和合频所形成的1.875μm，1.454μm，1.379μm，1.135μ，0.942μm吸收峰；矿物岩石中只要有水，就会出现1.4μm和1.9μm两个特征谱带，二者同时出现是含水的鉴定证据，只有1.4μm谱带，说明存在羟基，而不是水。OH-在2.778μm附近有一种氧-氢伸缩振动引起的峰；OH-1出现的位置不同，同一种振动出现几种谱带（如滑石），倍频在1.4μm产生极常见谱带；较强的合频谱带位于2.2μm和2.3μm，分别取决于羟基基团是绕铝配位还是绕镁配位；闪石族一般都含镁，最强谱带远于2.3μm；层状硅酸盐种，二八面体—OH绕铝配位在2.2μm附近有主要谱带，而三八面体—OH绕镁配位在2.3μm附近有强谱带。CO3-在近红外区有5个显著特征谱带分别在2.55μm、2.35μm、2.16μm、2.00μm、1.90μm处，前两者较强，属于双重谱带，后三者较弱，通常在谱带的短波长方向一边由肩峰，具体的谱带吸收峰位置会有稍微飘移；铜碳酸岩在0.8μm附近的宽谱带由立方八次配位Cu2+产生；菱锰矿谱带很多，分别在0.34μm、0.37μm、0.41μm、0.45μm、0.55μm附近。氧化物和氢氧化物具有象磁铁矿表现为整个波长范围内吸收特点和诸如针铁矿和赤铜矿表现为透明-不透明光谱行为。

硫化物和硫酸盐最常见谱带在1.1μm附近，表现为八面体Fe2+特征谱以及0.85μm附近的Fe3+的光谱特征。NH4+基团在短波红外区主要有2.02μm和2.12μm两个特征谱带。有机质由C-H伸缩基频引起的3.4µm吸收峰；一级倍频引起的1.7µm处吸收峰和合频引起的2.3µm处吸收峰。金属离子相应的矿物特征峰吸收峰位置与特点常见矿物Fe2+0.43μm、0.45μm、0.51μm、0.55μm、1.0-1.1μm角闪石、辉石、黑云母等Fe3+0.4μm、0.45μm、0.49μm、0.70μm、0.87μm绿泥石、阳起石、赤铁矿Mn2+0.34μm、0.37μm、0.41μm、0.45μm、0.45μm菱锰矿Cr3+0.4μm、0.55μm、0.7μm置换Al3+，如红宝石表

相应金属离子的矿物特征吸收峰的位置波段范围（nm）引起吸收的有机物文献来源400-500腐殖质StonerandBaumgardner,1981,mathews,1973620-700腐殖质StonerandBaumgardner,1981,mathews,19731201油BenDoretal.,19971203油-纤维素-蜡BenDoretal.,19971358、1367纤维素、木质素、淀粉BenDoretal.,19971465、1582纤维素、木质素、淀粉、胶质BenDoretal.,19971726、1761纤维素、木质素、淀粉、蜡、腐殖酸BenDoretal.,19971769纤维素、木质素、淀粉BenDoretal.,19971932纤维素、木质素、淀粉、蜡、腐殖酸BenDoretal.,19972068纤维素、糖类、果胶BenDoretal.,19972111纤维素、糖类、蛋白质BenDoretal.,19972142、2169淀粉、木质素、蜡、丹宁酸BenDoretal.,19972193蛋白质BenDoretal.,19972309腐殖酸、蜡、淀粉BenDoretal.,19972331纤维素、木质素、葡聚糖BenDoretal.,19972337胶质、蛋白质BenDoretal.,19972347纤维素、木质素、糖类BenDoretal.,19972386胶质、蛋白质BenDoretal.,1997可见光到近红外波段土壤有机成分的吸收波段2024/3/1613序号波段(微米) 光谱特征成因作物化学组分

1 0.43 电子跃迁 叶绿素a 2 0.46 电子跃迁 叶绿素b 3 0.64 电子跃迁 叶绿素b 4 0.66 电子跃迁 叶绿素a 5 0.91 C-H伸展第三谐波 蛋白质 6 0.93 C-H伸展第三谐波 油 7 0.97 O-H弯曲第一谐波 水分、淀粉 8 0.99 O-H伸展第二谐波 淀粉 9 1.02 N-H伸展 蛋白质 10 1.04 C-H伸展C-H变形 油 11 1.12 C-H伸展第二谐波 木质素 12 1.20 O-H弯曲第一谐波 水分、纤维素、淀粉、木质素 13 1.40 O-H弯曲第一谐波 水分 14 1.42 C-H伸展C-H变形 木质素 15 1.45 C-H伸展第一谐波 淀粉、糖、木质素、水分 16 1.49 O-H伸展第一谐波 淀粉、糖 17 1.51 N-H伸展第一谐波 蛋白质、氮 18 1.53 O-H伸展第一谐波 淀粉 19 1.54 O-H伸展第一谐波 淀粉、纤维素 20 1.58 O-H伸展第一谐波 淀粉、糖21 1.69 C-H伸展第一谐波木质素、淀粉、蛋白质、氮 42个植物化学组分的光谱特征及成因机理序号波段(微米) 光谱特征成因作物化学组分

22 1.78 C-H伸展第一谐波/O-H伸展/H-O-H变形纤维素、糖、淀粉 23 1.82 O-H伸展C伸展第二谐波 纤维素 24 1.90 O-H伸展C-H伸展淀粉 25 1.94 O-H伸展C-O变形 水分、木质素、蛋白质、氮26 1.96 O-H伸展O-H弯曲糖、淀粉 27 1.98 N-H不对称蛋白质 28 2.00 O-H变形O-H弯曲 淀粉 29 2.06 N=H弯曲第二谐波/N=H弯曲/N-H伸展蛋白质、氮 30 2.08 O-H伸展O-H变形 糖、淀粉 31 2.10 O-H弯曲/C-O伸展/C-O-C伸展第三谐波淀粉、纤维素 32 2.13 N-H伸展 蛋白质 33 2.18 N-H弯曲第二谐波/C-H伸展/C-H伸展/蛋白质、氮 34 2.24 C-H伸展 蛋白质 35 2.25 O-H伸展 淀粉 36 2.27 C-H伸展/O-H伸展/CH2弯曲/CH2伸展纤维素、糖、淀粉 37 2.28 C-H伸展/CH2变形 淀粉、纤维素 38 2.30 N-H伸展/C=O伸展/C-H弯曲第二谐波蛋白质、氮 39 2.31 C-H弯曲第二谐波 油 40 2.32 C-H伸展CH2变形 淀粉 41 2.34 C-H伸展/O-H变形/C-H变形第二谐波纤维素 42 2.35 CH2弯曲第二谐波/C-H变形第二谐波纤维素、蛋白质、氮

42个植物化学组分的光谱特征及成因机理许多地物在可见光至热红外波段内都具有与它们组分有关的光谱吸收特征，而且许多地物的光谱吸收特征具有专一性。矿物中的OH―、CO3=、SO4=及H2O等离子成分在可见至热红外波谱范围内具有强烈吸收特征；植被在0.7μm处的红边存在10—40nm的位移变化而指示一定的环境效应；土质中含较高浓度Cu、Zn等重金属元素可引起植被红边向短波方向移动。而这些精细的光谱特征只有传感器光谱分辨率具有高于10nm灵敏度时才能测到。遥感机理应用高光谱遥感技术对地面物体进行探测，是以各种物体的电磁辐射的反射、透射、吸收和发射特征为基础的。地球表面物体由于其电子，离子、分子以及晶体的振动和转动等物理过程而具有光谱特性。不同的地物由于其组成成分、内部结构和表面状态以及时间、空间环境的不同，它们辐射、反射、吸收和透射电磁波的性能也不同。遥感信息产生机理太阳大气层遥感器吸收角散射天空漫射辐照地气耦合环境反射辐射路径辐射散射目标辐射目标反射透射辐射1.大气-遥感器2.太阳-大气-目标-大气-遥感器3.大气-目标-遥感器4.环境-大气-遥感器5.环境-大气-目标-大气-遥感器

目标环境遥感信息传输机理入瞳辐射扫描系统成象光学探测器电子系统A/D转换DN输出传感器系统滤波或色散元件平台姿态与运动高光谱遥感器接收到入瞳辐射后通过探测器产生电信号，在经过增益和模数转换（A/D）产生遥感影像数值（DN）。遥感器的空间响应、光谱响应和辐射响应决定了输出图像的信息特征。进入传感器的辐射量通过光学系统后，由分光器件分成不同的光谱段后到达探测器焦平面转换为测量值。该测量值的大小直接与探测器的光谱响应率相关，从而又与光学系统的透过率和探测器的光谱灵敏度相关联。遥感信息成像机理高光谱遥感：

即高光谱分辨率成像光谱遥感，是基于高光谱分辨率超多波段遥感图像与光谱合一的特点，利用地表物质与电磁波的相互作用及其所形成的光谱辐射、反射、透射、吸收及发射等特征研究地表物体（包括大气），识别地物类型，鉴别物质成分，分析地物存在状态及动态变化的新型光学遥感技术。

多光谱遥感（MultirspectralRemoteSensing），光谱分辨率为波长的1/10数量级范围（几十个至几百个nm）；

高光谱遥感（HyperspectralRemoteSensing）,光谱分辨率为波长的1/100数量级范围（几个nm）；

超光谱遥感（UltraspectralRemoteSensing），光谱分辨率为波长的1/1000数量级范围（0.2-1nm）。二、高光谱遥感基本概念特点：光谱分辨率高(

×10-2)波段多

数十到数百（800），波谱范围大（从紫外到热红外）谱

像合一的特点信息量大，一次数据获取达千兆(GB)级数据传输速率高，数十

数百兆比特/秒能力：能获取地物目标的精细光谱特征综合地面目标的空间维、时间维、光谱维特征探测各种目标的成分属性及有机目标的状态属性优势：有利于利用光谱特征分析来研究地物有利于采用各种光谱匹配模型有利于地物的精细分类与识别应用领域：各种需识别地面目标的领域地质、农业、城市、环境、军事、太空与行星探测高光谱遥感主要特点高光谱遥感信息特征高光谱遥感影像包含了丰富的空间、辐射和光谱三重信息，即能表现地物空间展布的几何影像特征，又可以表现像元尺寸地物目标的辐射亮度和光谱信息。地物空间、辐射、光谱信息特征合一是高光谱遥感信息的最主要特点。（波段多；数据量大；图-谱合一）通过遥感信息反演技术可从连续光谱段高光谱遥感影像中任一像元或相临像元组合获得类似实验室测量的相应地物光谱曲线，通过与实验室光谱匹配技术实现地物的计算机自动识别，这是多光谱遥感信息所不能具备的特有能力。

巨大的数据量和信息量是高光谱遥感信息的又一主要特点。假如一个有100个通道、地面分辨率为25米、图像幅宽100公里的高光谱遥感器作业，当卫星在地球轨道上以7.5公里/秒的速度运动时，每秒中采集的总像元数目为1.2×108个。如果每一像元的辐射量化为8bit，则一景影像信息为8×1.2×108

bit,即每秒中约1Gbit。如此大的数据量为数据传输容量和信息处理技术速度提出更高的要求，推动者数据压缩技术的发展。

高光谱遥感信息所表征的辐射量化一般为12bit，即4096个灰阶。为了能够测量到一定波长的辐射变化，辐射量化有时调整为8bit或者16bit。高光谱遥感连续窄波段影像信息间相关性强，因而大多数用户根据实际应用需要对遥感器记录的光谱信息进行重采样，同时减少数据量。高光谱分辨率遥感可探测到地物的精细光谱特征，光谱分辨率的确定面向众多用户，光谱分辨率高于10纳米的遥感器主要面向陆地应用，而低于10纳米的遥感器主要面向水体和大气应用。同时应注意到在多光谱遥感中可忽略的大气微量吸收带可能对窄谱段的高光谱遥感某一波段信息产生很大的不利影响。

高光谱遥感信息的图像立方体表达形式是一种新型的数据存储格式，其正面图像是由沿飞行方向的扫描线合沿扫描方向的像元点组成的一景优选的三波段合成的二维空间彩色影像；其后面依次为各单波段的图象叠合，其数据量为所有波段图像的总和；位于图像立方体边缘的信息表达了各单波段图像最边缘各像元的地物辐射亮度的编码值或视反射率。优势1：充分利用地物波谱信息资源三、高光谱遥感技术优势与局限性图不同波谱分辨率对水铝反射光谱曲线优势2：利用波形/精细光谱特征进行分类与识别地物ParagoniteMuscovitePhengite三种类型的白云母精细光谱特征Al-OH岩石的光谱发射率特征优势3：利用图-谱实现自动识别地物并制图

局限1：海量数据的传输、处理与存储

128波段的OMIS:采集数据速率60Mb/s；400Mb/km2局限2：易受大气的影响局限3：波段间相关性强70年代末，美国加州理工学院喷气推进实验室（JPL）学者提出（Goetz）。Colins,张圣辉。1983年，世界上第一台成像光谱仪问世，AIS-1（AirborneImagingSpectrometer）问世，64波段。

1987年，航空可见光/红外成像光谱仪AVIRIS，224波段1999年12月8日，第一台星载中分辨率成像光谱仪MODIS升空；2000年第一台星载高分辨率成像光谱仪HYPERION升空。1991年，中国第一台航空成像光谱仪（MAIS）运行2002年3月中国星载中分辨率成像光谱仪CMODIS升空；美国、加拿大、中国、澳大利亚、德国、法国。四、高光谱遥感器的发展第一代成像光谱仪称航空成像光谱仪AIS(AirborneImagingSpectrometer)，64个通道，光谱覆盖范围从990nm-2400nm,光谱分辨率9.3nm。第二代成像光谱仪称航空可见光、近红外成像光谱仪AVIRIS(AirborneVisible/InfraredImagingSpectrometer)，224个通道，光谱范围410nm-2450nm，光谱分辨率10nm。220波段的星载HYPERION（2000年E0-1卫星携带升空）第三代成像光谱仪为傅立叶变换高光谱成像仪（美国2000年7月MiSat-II卫星携带升空）FTHSI(FourierTransformHyperspectralImager)，256个波段，光谱范围400nm-1050nm，光谱分辨率2-10nm。美国：AIS，AVIRIS、WIS（812波段）、PROBE、TEEMS、MODIS、Hyperion、FTHSIAHI（256个热波段）、SEBASS（242个热波段）澳大利亚：Hymap、ARIES、TIPS（100个热波段）加拿大：CASI德国：ROSIS法国：IMS

芬兰：AISA

欧空局：CHRIS（2000年10月22日PROBA小卫星）日本：GLI中国：MAIS、PHI、OMIS-1（10个热波段）、CMODIS（神舟III号）、Env-DD（环境灾害小卫星）典型的高光谱遥感器

HYMAP主要性能指标

PHI主要性能指标中国128波段航空成像光谱仪（OMIS-1）

OMIS-I

OMIS-II总波段数12868光谱仪光谱范围μm光谱分辨率nm波段数光谱仪光谱范围μm光谱分辨率nm波段数0.4-1.110640.4-1.110641.06-1.7040161.55-1.7512.0-2.515322.08-2.3513.0-5.025083.0-5.018.0-12.550088.0-12.51瞬时视场(mrad)

3

1.5/3可选总视场（º）

>70扫描率（S/s）

5、10、15、20可选行像元数5121024/512数据编码（bit）12探测器SI、InGaAs、InSb、MCT线列Si线列、InGaAs单元、InSb/MCT双色美国220波段卫星成像光谱仪（Hyperion）表Hyperion主要技术参数欧空局Proba卫星CHRIS多角度观测多角度紧密型高光谱仪五个观测角度的高光谱图像：0°，±36°，±55°CHRIS共有五种可选择模式：

MODE1:411nm-997nm,34米,62波段

MODE2:411nm-1019nm,17米,18波段,水质遥感

MODE3:442nm-1019nm,17米,18波段,陆地遥感

MODE4:489nm-792nm,17米,18波段,植被遥感

MODE5:442nm-1019nm,17米,37波段,陆地遥感光谱范围:0.4－1.05

m；光谱分辨率：6－33nm；扫描带宽：13km；平台高度：695km；空间分辨率17米/34米五、高光谱遥感成像方式线性扫描（单探测元件）掸扫式（线列探测元件）推扫式（阵列探测元件）光谱空间交叉式（阵列探测元件）光程差扫描方式（阵列探测元件）图光学遥感器工作原理（a）掸扫式扫描

(b)推扫式二维阵列掸扫型推帚型线性扫描方式：使用单个探测元件扫描得到整景影象。掸扫式扫描（线性探测器+光机扫描型）：使用几个沿航向排列的探测元件获取平行扫描线组，目前波段全，使用性强仪器多属此类，如AVIRIS、Deadalus系列，MAIS、OMIS以及

MSS、TM、AVHRR、“风云”气象卫星等。

优点：空间扫描通过扫描镜摆动在物方面完成，总视场角大(可高达90o

)，像元配准好，不同波段在任何时候都凝视同一像元，光谱覆盖范围宽(从可见光一直到热红外波段)，在10-20nm光谱分辨率的情况下，其辐射分辨率基本能够满足。

缺点：由于光机扫描，每个像元凝视时间短，进一步提高光谱分辨率和辐射灵敏度比较困难。推扫式扫描（面阵探测器+空间扫描型）：二维面阵列探测器，一维可用作光谱仪，另一维则为一线性阵列，以推扫的形式，图象一次建立一行而不需要移动元件。目前可见光、近红外波段此类仪器较多。如：，AIS-1，AIS-2，CASI，HYDICE（210个波段）、PHI以及SPOT/HRV。

优点：空间扫描由器件的自扫描完成，像元凝视时间长，可提高系统的灵敏度或者空间分辨率，可见光波段器件成熟，光谱分辨率可达到1-2nm；由于记录每行数据的探测元件间有固定关系，且它消除了因扫描过程中扫描镜速度变化所引起的几何误差；由于CCD是固态微电子装置，体积小、重量轻、能耗低。由于没有光机扫描仪的机械运动部件，线性系统稳定性好，结构的可靠性高，使用寿命长。

缺点：大量探测器之间灵敏度的差异，会产生带状噪声；CCD短波红外灵敏度低，热红外暂时不可能感应；总视场一般不如光机扫描仪；由于光学设计上的困难，总视场只能达到30度左右。光谱、空间交叉型扫描仪：光谱维的扫描由旋转滤波片轮的转动或用渐变滤波片完成。如美国的WIS。

优点：设计简单，实现容易。

缺点：光谱不是同时记录，图象配准较困难。光程差扫描方式（傅里叶干涉光谱扫描型）：各光谱波段是分时获得，光谱维扫描由傅里叶光谱仪（或声光调制器）完成。还处于实验阶段，如美国国防部等单位研制的傅里叶变换可见光光谱成像仪（FTVHIS），在440-1150nm光谱区间由256个波段，光谱分辨率为0.6nm，空间分辨率达0.6mrad。前景诱人。

优点：系统的集光能力比色散型高一数量级，且具有高信噪比。

缺点：要求极高精度的光学设计和装校。图-谱转换技术

光谱特征参数定量分析技术（ContinuumRemoval）；光谱匹配技术（二值编码）（SpectralMatching）；微分（导数）光谱技术（DerivativeSpectral）；混合光谱分解技术（SpectralUnmixing）；光谱角度制图技术（SAM）六、处理与分析技术（1）图-谱转换技术

遥感信息定量化：是指从不同波段内的遥感信息中给出地表物质（或大气）定量的物理量，再通过实验的或物理的模型将其信息与地学（或大气）参数联系起来，定量地反演或推算研究目标的某些特征参量。定标、大气订正、反演是定量化研究的三个主要方面。定标（前提）；大气订正（必要条件）；反演（目的）对高光谱遥感而言：一般是将高光谱辐射亮度图像转换为反（发）射率图像，以此为基础进行地物的识别和定量化分析研究。即通过光谱重建、图-谱合一技术特点，可将重建地物光谱与标准波谱数据库波谱数据进行计算机自动匹配和识别，实现自动解译的目的，提高解译精度。大气影响表现：（1）由于大气散射和吸收，从大气层进入的太阳辐射没有全部到达地面，从地面目标反射的辐射也只有部分进入遥感器；（2）没有到达地面的太阳辐射却因大气散射有部分进入遥感器；（3）目标周围地物的反射辐射因大气散射也有部分进入遥感器；（4）大气散射的向下辐射（后向散射）对地物和目标又形成了附加的光照（临边效应）；（5）地形、双向反射因素也对遥感数据造成不同程度的影响。反射率图像反演方法：（1）基于大气辐射传输模型法；

（2）基于经验模型法；（3）基于图像特征信息法；（4）基于图象自身信息法。

大气订正模型：6S、MODTRAN、FLAASH、ACTOR、航空高光谱遥感飞行设计图航空飞行外定标场地选择(1)定标点的面积应足够大，最好有10×10个像元的面积，以便于与图像匹配，同时减少地面背景的影响；(2)定标点应为均质、平坦体，具有良好的朗伯特性，避免受入射角的影响，对水体测量避免镜向或逆镜向反射的发生，同时减少地形坡度因素的影响；(3)定标点地物反射率应相对比较稳定；(4)所选择的不同定标点的反射率或辐射亮度分布能覆盖成像光谱数据中的高、中、低灰度的动态范围；(5)若考虑到同时用经验线性法，定标点选择的个数要适中（最好7个以上），定标点过少会导致回归议程的置信度下降，过多又带来测试及计算工作量太大；(6)定标点应尽量选择在机下点，以避免成像光谱遥感数据的几何和辐射畸变处理带来的麻烦；(7)应注意大气状态的稳定性和均匀性以及避开云的影响。航空高光谱遥感试验研究流程（2）光谱特征参数定量分析技术不同水分含量的叶片的光谱反射率

RWC(%)=24.5+7.13*面积(R2=0.845)岩矿光谱分类与识别岩石和矿物2.15-2.31微米粘土矿2.31-2.35微米碳酸盐2.24-2.31微米Mg-OH2.15-2.19微米叶蜡石2.19-2.24微米Al-OH对称性>1滑石对称性<12,31-2.34微米对称性>1对称性<12,38-2,40黑云母2,15-2,19高岭石蒙脱石2,31-2.34绢云母有：绿高岭石

无：绿泥石（无）伊利石2.34-2.36白云母2.31-2.33蛇纹石方解石白云石菱铁矿（3）光谱匹配技术（二值编码）（4）微分（导数）光谱技术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。植被/土壤原始光谱曲线植被/土壤一阶微分光谱曲线（5）混合光谱分解技术凸面几何光谱分解模型

N个光谱通道表示N维光谱矢量空间；任一最终象元（Endmember）的光谱值可在N维光谱空间上用一个点表示例如：A、B、C三目标的最终象元光谱可在二维空间上表示，并可建立一个三角形二维平面矢量三角型FA=100%FA=75%FA=50%FA=25%FA=0%CH2CH1ABCpp1p2p3p4（6）光谱角度制图技术CH1CH2参考光谱目标光谱原理：对每个象元，寻找与它夹角最小的终端单元。这一算法是通过计算波谱间的角度（将它们处理为具有维数等于波段数的空间矢量），判定两个波谱间的类似度。

将终端单元波谱矢量和每一个像元矢量放在n维空间比较角度，较小的角度代表与参照波谱匹配紧密。远离指定的弧度阈值最大角度的像元被认为无法分类。分类前分类后七、高光谱遥感地物识别与应用地质岩性分类蚀变矿物识别矿物成分计算高光谱植被指数植被生化成分估算土壤水分量估算光合有效吸收估算植被压抑监测模型大气污染成分监测大气水分含量估算水质污染度监测叶绿素量估算悬浮质量估算地质勘探植物生态调查高光谱遥感识别与应用水质监测大气环境评价军事应用反伪装目标侦察战场环境的检测军事目标的识别

许多含有Fe2+、Fe3+、CO3-、OH-等离子和分子基团的矿物质具有其固有的特征谱。高光谱遥感技术通过对地表矿物质识别用于寻找矿产资源，尤其对热液蚀变矿床的勘探最为有效，并用于地球化学填图和地质制图。

1.高光谱遥感用于地质岩矿识别图美国内华达地区AVIRIS高岭石等矿物识别Cambian-Ordovicianlimestone(Calcite-CaO)Permianlimestone(Dolomite-MgO)sCambian-Ordovicianlimestone(Calcite-CaO)Permianlimestone(Dolomite-MgO)地质应用—蚀变带提取AlterationZoneJ2xJ2sK1shK1lK1sJ3kJ3qJ2qK2kE1s/K2sE1tE2+3bN1tN2pSpectralColumnSectionofStratainTurpanBasin

N2pN1tE2+3bE1tE1s/K2sK2kK1lK1shK1sJ3kJ3qJ2qJ2sJ2xNS4002500wavelength(nm)IdentificationofStratabySpectralAnalysis地层信息光谱柱状图s红色：富铝云母；绿色：贫铝云母；黄色：绿帘石；青色：滑石；紫色：蛇纹石；粉色：绿泥石；靛色：方解石干甫平高光谱矿物识别和提取s干甫平矿物分布图

s

Al-OH贫铝云母富铝云母蒙脱石高岭石中铝云母高低Al-OH键矿物提取干甫平sMg-OH

绿泥石+绿帘石

绿帘石

绿泥石高低干甫平

暗色矿物Mg-OH类信息提取sa,由HyMap成像光谱仪提取的闪石矿物（amphibole）与1：2.5万地质图的复合b,闪石矿物（amphibole）的端元提取c,针铁矿（goethite）与伊利石(illite)混合地物的端元提取s风化物的制图和铁氧化物端元信息提取。箭头所指的粉红部分为高含铁地层这是一个废弃的训练场的影像，图中黄色部分和线性痕迹为被翻动搅乱的地表新疆哈密地区Hymap图谱信息特征提取与岩性识别能力

(安山岩、花岗岩、土壤、河滩地、角闪岩）

B9/B6（R）、B9/B12（G）、B9/B14（B）假彩色合成影像（红色区域为角闪片岩，Fe2+含量高；绿色部分含为龟裂土，Al-OH含量高；蓝色区域Mg-OH含量高）新疆哈密Hymap