高光谱遥感复习总结

1.高光谱分辨率遥感:用很窄（0.01波长）而连续的光谱通道对地物持续遥感成像的技术。在可见光、近红外、短波红外和热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。2.高光谱遥感特点：波段多,数据量大；光谱范围窄(高光谱分辨率)；在成像范围内连续成像；信息冗余增加3.高光谱遥感的发展趋势（1）遥感信息定量化（2）“定性”、“定位”一体化快速遥感技术4.光谱特征的产生机理：在绝对温度为0K以上时，所有物体都会发射电磁辐射，也会吸收、反射其他物体发射的辐射。高光谱遥感准确记录电磁波与物质间的这种作用随波长大小的变化，通过反映出的作用差异，提供丰富的地物信息，这种信息是由地物的宏观特性和微观特性共同决定的。宏观特性:分布、粗糙度、混杂微观特性:物质结构6.典型地物反射：水体的反射主要在蓝绿光波段，其他波段吸收都很强，特别到了近红外波段，吸收就更强，所以水体在遥感影像上常呈黑色。植被的反射波谱特征：①可见光波段有一个小的反射峰，位置在0.55um处，两侧0.45um(蓝)和0.67um(红)则有两个吸收带。这一特征是叶绿素的影响。②在近红外波段(0.7-0.8um)有一反射的“陡坡”（被称为“红边”)，至1.1um附近有一“峰值”，形成植被的独有特征。这一特征由于植被结构引起。③在中红外波段(1.3-2.5um)，反射率大大下降，特别以1.45um和1.95um为中心是水的吸收带，形成低谷。土壤:由于土壤反射波谱曲线呈比较平滑的特征，所以在不同光谱段的遥感影像上，土壤的亮度区别不明显.自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值，一般来讲土质越细反射率越高，有机质含量越高和含水量越高反射率越低，此外土类和肥力也会对反射率产生影响。6.野外光谱测量的影响因素（1）大气透射率（2）水蒸气3）风（4）观测几何7.地面光谱的测量方法：实验室测量，野外测量8.垂直与野外测量的区别:垂直测量：为使所有数据能与航空、航天传感器所获得的数据进行比较，一般情况下测量仪器均用垂直向下测量的方法，以便与多数传感器采集数据的方向一致。由于实地情况非常复杂，测量时常将周围环境的变化忽略，认为实际目标与标准板的测量值之比就是反射率之比。野外测量（非垂直测量）：在野外更精确的测量是测量不同角度的方向反射比因子。凝视时间：探测器的瞬时视场角扫过地面分辨单元的时间称为凝视时间（dwelltime）。探测器的凝视时间在数值上等于行扫描时间除以每行的像元个数。凝视时间越长，进入探测器的能量越多，光谱响应越强，图像信噪比越高。光谱图像立方体：空间平面：O-XY平面；线光谱平面：O-XZ，O-YZ平面9.高光谱遥感图像数据表达：A.光谱图像立方体B.二维光谱曲线C.三维光谱曲面10.空间成像方式：（1）摆扫型成像光谱仪：定义：它由光机左右摆扫和飞行平台向前运动完成二维空间成像，其线列探测器完成每个瞬时视场像元的光谱维获取。原理：45斜面的扫描镜，电机进行360旋转，旋转水平轴与遥感平台前进方向平行，扫描镜扫描运动方向与遥感平台运动方向垂直，光学分光系统形成色散光源再汇集到探测器上，这样成像光谱仪所获取的图像就具有了两方面的特性：光谱分辨率与空间分辨率。（2）推扫型成像光谱仪：定义：采用一个面阵探测器，其垂直于运动方向在飞行平台向前运动中完成二维空间扫描；平行于平台运动方向，通过光栅和棱镜分光，完成光谱维扫描。它的空间扫描方向就是遥感平台运动方向。原理：垂直于运动方向完成空间维扫描，平行于运动方向完成光谱维扫描。（3）两者的优缺点：摆扫型成像光谱仪的优点：A.FOV大；B.探测元件定标方便，数据稳定性好；C.进入物镜后再分光，光谱波段范围可以做得很宽。不足：像元凝视时间短，提高光谱和空间分辨率以及信噪比相对困难。推扫型成像光谱仪的优点：A.像元凝视时间大大增加，有利于提高系统的空间分辨率和光谱分辨率；B.没有光机扫描机构，仪器的体积小。不足：A.FOV增大困难；B.面阵CCD器件标定困难；C.大面阵的短波和红外探测器研制仍是一个技术难点。9.光谱成像方式要解决的问题是什么？将进入探测器的能量分解为不同波长的电磁波。11.反射光谱重建主要过程：遥感器校正，大气校正，地形及其它因素校正。12.成像光谱仪定标的目的：建立起传感器记录值与入瞳辐射值之间的联系。类型：实验室定标，机上和星上定标，场地定标共同点：都是出于同一目的，在特定情况下都是不可缺少的差异：处于不同的阶段，所考虑的主要因素不同，入瞳辐射值的获取方式不同（实验室定标-实验室测得，机上星上定标-星上测得，场地定标-根据模型计算得到）14.辐射定标：对于每一个确定的波长，确定成像光谱仪在该波长下的输入辐射能与输出响应的关系。15.辐射定标方法：按照使用要求或目的分类：相对辐射定标和绝对辐射定标按照光谱波段不同分类：反射辐射定标和发射辐射定标（1）相对辐射定标：为了校正遥感器中各个探测器元件响应度差异而对卫星遥感器测量到的原始数字计数值进行归一化的一种处理工作。（2）绝对辐射定标：通过各种标准辐射源，在不同波谱段建立成像光谱仪入瞳处的光谱辐射亮度值与成像光谱仪输出的数字化值之间的定量关系。16.实验室辐射定标：采用积分球作为光谱照射传感器的整个视场，根据成像光谱仪的动态范围，改变标准辐射源的辐射亮度输出级别，逐波段建立辐射亮度输入值与遥感器输出DN值的关系。17.机上和星上定标的必要性：成像光谱仪的性能会随着空间环境的变化而变化，经过搬运、安装和操作等过程，定标参数会失准，因此机上或星上定标十分必要。18.场地定标的原理：1）机载或星载成像光谱仪飞越辐射定标场地上空时，同步地在定标场地选择若干像元区，测量成像光谱仪对应的地物的各波段光谱反射率和大气光谱等参量。2）然后利用大气辐射传输模型等手段给出成像光谱仪入瞳处各光谱带的辐射亮度。3）最后确定它与成像光谱仪对应输出的数字量化值的数量关系，求解定标系数并估算定标不确定性。19.（填）场地定标的特点：以大面积地表均匀地物作为定标源，多通道、动态、大范围定标，考虑大气传输环境的影响。20.（了解）场地定标的常用方法：反射基法，认为卫星传感器所接收到的光谱辐射是太阳光谱辐射、大气及地面三者相互作用的总贡献。辐照度基法，辐照度基法又称改进的反射基法，反射基法的一个重要误差来源是对气溶胶散射的一些近似，如对气溶胶颗粒模型的假设，不同的气溶胶模型会对表观反射率的计算造成较大影响。辐亮度基法，辐亮度法的基本原理是：利用搭载于飞机上的光谱辐射计在中高空与卫星传感器同步测量相同目标的辐亮度，通过对飞行高度以上的大气订正，实现卫星遥感器的在轨辐射定标。三种场地定标方法的比较：测量参数，测量条件，复杂度，精度，优缺点21.辐射定标与辐射校正的区别：辐射定标是建立探测器输出DN值与具有一定物理意义参量之间的关系；辐射校正要消除依附在辐射亮度中的各种辐射失真，如探测器误差、大气影响等；辐射校正包括辐射定标和大气校正。即辐射定标是辐射校正的一个步骤。表观反射率的定义:以“地表-大气”为整体目标，入射辐射能量与出射辐射能量的比例。22.辐射校正的统计学模型:暗目标法,内部平均相对反射率模型,平面场模型,对数残差修正模型23.高光谱数据为什么要降维（维指光谱空间的维数），高光谱特征会带来什么问题？高光谱影像属于高维空间数据，已有的研究结果表明，这种数据有许多不同于低维数据的分布特性，这些特性决定了人们在对高光谱影像分析时应采用不同策略和方法。问题：1)信息冗余大2)高维数据分布的稀疏性和空空间现象3)“维数灾难”问题4)高维空间中的参数估计问题5)高阶统计特性维数灾难：如果训练样本不足时，往往会出现在样本点数目一定的前提下，分类精度随着特征维数的增加“先增后降”的现象，这就是所谓的Hughes”维数灾难”现象。26.判别：从高维数据中得到了一组用来分类的特征，需要一个定量的标准来衡量特征对分类的有效性。27.特征选择：针对特定对象选择光谱特征空间中的一个子集，这个子集是一个缩小了的光谱特征空间。特征提取：特征提取是指对原始的光谱空间特征进行重新组合和优化，提取出最适合当前应用（分类）需求的新特征两者的区别：概念上：特征提取-原始特征空间的重组运算，特征选择-原始特征空间的子集挑选；特点上：特征提取-映射方式未知，特征是未知的，运算规则；特征选择-波段选择，特征是已知的，搜索策略。28.自动子空间划分方法的思路：依据高光谱影像相关系数矩阵灰度图的“成块”特点,根据高光谱影像相邻波段相关系数的大小,把波段划分为若干个子空间,然后分别在各个子空间内利用联合熵算法进行波段的选择。29：包络线去除：过包络线去除，可以有效地突出光谱曲线的吸收和反射特征。基于包络线去除后的光谱曲线可以用于特征波段选择。自动子空间划分方法的思路：依据高光谱影像相关系数矩阵灰度图的“成块”特点,根据高光谱影像相邻波段相关系数的大小,把波段划分为若干个子空间,然后分别在各个子空间内利用联合熵算法进行波段的选择。30.高光谱特征参量化的目的：对高光谱特征进行定量表达，用数值化的形式来描述光谱特征。地位：在地物光谱重建的基础上，进行高光谱特征参量化，为后续光谱自动分析、匹配、分类及识别奠定基础。主要内容：波谱特征的简化表达，光谱吸收特征参数提取，光谱导数与积分31.波谱特征简化表达的目的：反射率为浮点型数据，波段数量多，为提高分析效率，可以对光谱曲线进行简化表达。32.光谱斜率和坡向：在光谱区间(B1,B2)内，将光谱曲线近似视为直线。该直线的斜率即为光谱斜率，如果光谱斜率为正，光谱曲线被定义为正坡向，光谱斜率为零则为平坡向，光谱斜率为负则为负坡向。33.光谱编码：定义：以编码方式描述光谱特征,用以对光谱进行量化分析和识别。识别时将实测光谱的编码矢量与参考图像的编码矢量比较,计算其匹配系数,以匹配系数的大小作为它们的相似性度量。目的：压缩数据量,提高处理效率,保持光谱的重要形态特征。常用方法有：①光谱二值编码；②多阈值编码；③光谱吸收特征编码。34.光谱吸收指数：非吸收基线在谱带的波长位置处的反射强度与谱带谷底的反射强度之比用谱带谷底的光谱强度对吸收深度作归一化，因而减少了照度等变化所带来的干扰，增强了对地物的区分能力37、光谱曲线函数模拟目的：典型地物具有相对固定的波形形态，为了准确地通过数学形式描述这种形态和确定光谱曲线的特征点，将光谱曲线（或局部）用一个数学函数表达35.光谱吸收特征参数:主要包括：吸收波长位置（P），深度（H），宽度（W），斜率（K），对称度（S），面积（A）36.光谱导数:光谱导数可以增强光谱曲线在坡度上的细微变化，光谱导数波形分析能消除部分大气效应。37.遥感图像分类的理论依据:同类地物像元的特征向量将集群在同一特征空间区域。而不同地物的光谱信息特征或空间信息特征有所不同，它们将集群在不同的特征空间区域。38.混合光谱的定义:每个像元所对应的地表，往往包含着不同的覆盖成分，它们具有不同的光谱特征。而每个像元仅用一个信号记录这些“异质”成分，因此形成混合光谱现象，对应的像元称为混合像元。39.端元与丰度:进入到像元内部，地物的基本组成成分被称为“端元”，每种成分的比例称为“丰度”。端元的种类：图像端元（植被、水体）物理端元（高岭土、明矾石等40.高光谱影像分类的特点:优点：1).光谱特征空间构建的灵活性2).光谱特征的精确性3).提供了丰富的波谱空间特征分类信息。缺点：4).效率有待提高5).定量化分析的预处理复杂6).监督分类的样本问题突出41.高光谱图像特点的分类算法：一种是基于图像数据统计特性的分类方法，一种是基于地物物性的分类方法，主要是利用反映地物物理光学性质的光谱曲线来识别。42.光谱匹配概念：光谱匹配是指，在波谱特征空间中，对比分析两个光谱曲线的相似度来判断地物的归属类别。它是由已知地物类型的反射光谱，经过特征匹配来达到识别地物类型的目的。43.（填选）二值编码匹配算法：有助于提高图像光谱数据的分析处理效率；