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高光谱遥感图像预处理实验指导书一、实习目的通过高光谱遥感图像预处理的学习，使学生在课堂教学及实验课教学的基础上进一步将理论与实践相结合，消化和理解课堂所学理论知识，达到初步掌握利用ENVI等软件预处理高光谱遥感图像，并熟悉高光谱遥感图像预处理流程与方法的目的。
二、实习方式学生自学指导书为主，指导教师讲授为辅；利用计算机，结合相应遥感图像及ENVI软件的具体操作进行。
三、练习数据机载高光谱AVIRIS数据。
四、实习内容与要求掌握高光谱遥感图像预处理的理论与方法，利用ENVI中FLAASH大气校正工具和快速大气校正工具对高光谱数据进行大气校正及快速大气校正。
实验一、高光谱FLAASH数据大气校正实验目的：通过实验操作，掌握高光谱遥感图像FLAASH数据的大气校正的基本方法和步骤，深刻理解遥感图像大气校正的意义。
实验内容：ENVI软件中高光谱图像预处理模块下的图像大气校正。
高光谱图像的预处理主要是辐射校正，辐射校正包括传感器定标和大气校正。
辐射校正一般由数据提供商完成。
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，由于大气气溶胶、地形和邻近地物等影像，使得原始影像包含物体表面，大气，以及太阳的信息等信息的综合。
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，这就需要进行大气校正过程。
操作步骤：1.打开文件File→Open→CupriteAVIRISSubset.dat→打开。
2. FLAASH Atmospheric Correction Module Input Parameters设置在 Toolbox 中打开 FLAASH 工具Radiometric Correction/Atmospheric Correction Module/FLAASH Atmospheric Correction→双击启动→进入FLAASH Atmospheric Correction Module Input Parameters 面板。
ENVI实习-高光谱遥感高光谱遥感第三次实习一、实习任务：运用MNF变换后的波段以及散点图工具提取端元运用MNF变换后的波段以及纯净像元指数工具以及N维可视化仪提取端元运用提取的端元进行分类和制图二、实习目标以及用时：学习运用ENVI软件进行纯净像元的提取方法三、教学方式：依据实习指导书进行实验，并完成实习报告四、使用器材：美国内华达的赤铜矿AVIRIS遥感数据，该数据已经经过ATREM大气校正，ENVI遥感软件五、具体实习过程本次实习主要内容：本章选用的实验数据是一幅经过校准的AVIRIS图像，处理的结果用于地质学应用，这主要是考虑到，到目前为止地质学研究仍然是高光谱遥感的主要应用领域之一。
在ENVI主菜单下选择：File > Open Image File，在打开的文件选择窗口中选择图像文件cup95eff，点击OK打开图像：这是一幅经过校准的有50个波段的AVIRIS图像，图中显示的是将第183、193、207波段分别赋红、绿、蓝合成的彩色图像。
我们可以打开它的2-D 散点图观察一下。
在主图像窗口中选择：Tools > 2-D Scatter Plots，在随即弹出的波段选择窗口中任意选择两个波段，点击OK构成2-D 散点图。
这里选择的是第172、173波段。
在这幅2-D三点图上我们可以观察到，在由172和173波段组成的光谱特征空间中图像上的点明显地呈线状点云分布，说明这两个波段的相关性极强。
遥感图像的某些波段之间往往存在着很高的相关性，直观上波段图像彼此很相似，从提取有用信息的角度考虑，有相当一部分数据是多余和重复的，解决这一问题的有效方法是进行特征提取和特征选择，去相关和分离噪声。
在多光谱遥感图像处理中，我们会采取PC旋转，但是相比之下，MNF变化更适用于高光谱遥感数据。
下面我们就用MNF 变换对图像进行处理。
最低噪声分数（MNF）变换用以确定图像数据的内在维度、隔离噪声以及降低后处理的计算要求。
实验一高光谱数据分析一、实验目的理解波谱库的概念，掌握波谱库操作、浏览和提取影像反射率，学会从感兴趣区中提取波谱信息，并进行彩色合成。
实验过程：打开cup95_at.int，在可用波段列表对话框中，选择Band 193（2.2008um）点击Gray Scale 单选按钮，然后点击Load Band。
将灰度影像加载到显示窗口中。
从主影像窗口菜单中选择Tools →Profiles →Z Profile (Spectrum)，提取表观反射率波谱曲线浏览影像波谱并同波谱库进行比较在主影像窗口中，使用鼠标左键点击并拖动缩放指示矩形框或者直接点击鼠标左键，将缩放指示矩形框移动到以所选像素点为中心的区域中，右图曲线发生变化。
打开ENVI给定的波谱库，本次实验使用JPL和USGS波谱库，步骤如下：从ENVI 主菜单中选择Spectral →Spectral Libraries →Spectral Library Viewer。
在Spectral Library Input File 对话框中，点击Open File 按钮，从spec_lib/jpl_lib 子目录中，选择jpl1.sli 波谱库文件，点击OK。
选择Select Input File 区域中的jpl1.sli，点击OK。
在Spectral Library Viewer 对话框中，选择Options →Edit (x, y) Scale Factors，并在Y Data Multiplier 文本框中，输入值1.000，以匹配影像表观反射率范围（1-1000），点击OK。
在Spectral Library Viewer 对话框中，选择下列波谱名称，绘制它们的波谱曲线：ALUNITE SO-4ABUDDINGTONITE FELDS TS-11ACALCITE C-3DKAOLINITE WELL ORDERED PS-1A得到如下的波谱图像：波谱库的波谱曲线从绘制（plot）窗口菜单中，选择Edit →Plot Parameters，自定义波谱曲线的绘制图。
高光谱遥感图像预处理实验指导书指导教师：赵泉华一、实习目的通过高光谱遥感图像预处理的学习，使学生在课堂教学及实验课教学的基础上进一步将理论与实践相结合，消化和理解课堂所学理论知识，达到初步掌握利用ENVI等软件预处理高光谱遥感图像，并熟悉高光谱遥感图像预处理流程与方法的目的。
二、实习方式学生自学指导书为主，指导教师讲授为辅；利用计算机，结合相应遥感图像及ENVI软件的具体操作进行。
三、练习数据机载高光谱AVIRIS数据。
四、实习内容与要求掌握高光谱遥感图像预处理的理论与方法，利用ENVI中FLAASH大气校正工具和快速大气校正工具对高光谱数据进行大气校正及快速大气校正。
实验一、高光谱FLAASH数据大气校正实验目的：通过实验操作，掌握高光谱遥感图像FLAASH数据的大气校正的基本方法和步骤，深刻理解遥感图像大气校正的意义。
实验内容：ENVI软件中高光谱图像预处理模块下的图像大气校正。
高光谱图像的预处理主要是辐射校正，辐射校正包括传感器定标和大气校正。
辐射校正一般由数据提供商完成。
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，由于大气气溶胶、地形和邻近地物等影像，使得原始影像包含物体表面，大气，以及太阳的信息等信息的综合。
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，这就需要进行大气校正过程。
操作步骤：1.打开文件File→Open→CupriteAVIRISSubset.dat→打开。
2. FLAASH Atmospheric Correction Module Input Parameters设置在Toolbox 中打开FLAASH 工具Radiometric Correction/Atmospheric Correction Module/FLAASH Atmospheric Correction→双击启动→进入FLAASH Atmospheric Correction Module Input Parameters 面板。
实验一传感器的认识及使用（2学时）一、目的要求1．认识照相机的基本构造，了解各部件的功能。
2．初步掌握照相机的操作要领。
3．掌握数码相机和计算机之间的传输及数据转换。
二、材料和工具数码照相机，计算机，磁盘。
三、原理及方法1.摄影相机用于遥感的摄影机可分为分幅式和全景式相机（1）分幅式摄影机：一次曝光得到地面一幅像片。
这是最常用的摄影遥感相机。
根据摄影的目的要求不同，相机的镜头透镜可用常角（视场角50°~70°）、宽角（视场角70°~105°）和特宽角镜头（视场角105°~135°）。
在同样的平台高度下，视场角愈大，覆盖地面范围愈大。
焦距f<100mm的为短焦距，100~200mm为中焦距，>200mm为长焦距。
常用的航空摄影相机的焦距在150mm左右。
航天的摄影机的焦距须大于300mm,甚至大于1000mm。
一般的遥感摄影机镜头中心的光学分辨率通常在70~100线对/mm。
分幅式的摄影机拍摄的地面一般呈正方形，在胶片上形成缩小的地面影像。
通常胶片像幅的大小有230mm*230mm、180mm*180mm、300mm*300mm。
（2）全景摄影机（扫描摄影机）：由于其结构和工作方式不同，又分为缝隙式摄影机和镜头转动式摄影机。
缝隙式摄影机又称航带摄影机，是在焦平面的前方设置一狭缝快门，狭缝与飞行器的飞行方向垂直，获取地面横向的狭带形影像。
可以用快门控制并不断地卷动胶片，也可以不用快门而是通过控制卷片速度获取地面连续的影像。
镜头转动式全景摄影机有两种工作方式：一种是转动镜头的物镜，狭缝设在物镜筒的后端，随着物镜筒的转动，在后方向弧形胶片上聚焦成像，另一种是用棱镜镜头转动，连续卷片成像。
全景摄影机采用的焦距较长，，有的在600mm以上，可在长230mm（航向）、宽1280mm （横向）的胶片上成像。
这种摄影机在军事侦察中应用较多，在通常的遥感探测和制图中，大都采用分幅式摄影。
实验报告班级：遥感科学与技术2013级1班姓名：文凤平学号：2013043009 一．实验名称定标和大气校正二．实验目的用FLAASH工具完成影像的大气校正，熟悉其校正含义及参数的意义。
三．实验数据四．实验内容与结果分析（实验主要内容，软件操作的主要过程截图及实验结果截图）（1）TM影像定标—FLAASH大气校正，结果分析，查看校正前后影像光谱曲线变化1.加载多光谱中需要进行大气校正的图像，Basic Tools->Preprocessing->Calibration Utilities->Landsat Calibration在弹出来的对话框中加载TM图像；2.Basic Tools->Convert Data(BSQ,BIL,BIP)在对话框中选择定标后的图像，然后再Convert File Parameters窗口中作如下选择：Output Interleave选择BIP，Convert In Place选择Yes，点击ok按钮即可；3.Spectral->FLAASH在弹出的对话框中的Input Radiance Image中加载定标且转换过格式的多光谱图像在弹出的对话框中设置如下：点击在右下角的按钮加载多光谱文件夹中TXT记事本即可得到所有的FLAASH参数设置：4.点击左下角的Apply按钮即可运行大气校正的操作，将校正后和校正前的图像进行link对比并查看两者的光谱曲线图像（在主窗口中右键->Z Profile（Spectrum））；左图为校正前右图为校正后（2）AVIRIS数据（已定标）—FLAASH大气校正，结果分析，查看校正前后影像光谱曲线变化1.加载高光谱文件夹中需要进行大气校正的图像，Spectral->FLAASH在弹出的对话框中的Input Radiance Image中加载定标且转换过格式的多光谱图像在弹出的对话框中设置如下：点击在右下角的按钮加载多光谱文件夹中TXT记事本即可得到所有的FLAASH参数设置：点击对话框下面按钮，设置如下：点击右下角按钮设置如下：2.点击左下角的Apply按钮即可运行大气校正的操作，将校正后和校正前的图像进行link对比并查看两者的光谱曲线图像（在主窗口中右键->Z Profile（Spectrum））；。
实习三图像解译本次实习主要学习以下内容:图像空间增加(Spatial Enhancement)图像辐射增加(Radiometric Enhancement)图像光谱增加(Spectral Enhancement)高光谱工具(Hyperspectral Tools)地形分析功能(Topographic Analysis)地理信息系统分析(GIS Analysis)图像解译功能简介(Introduction of Image Interpreter)ERADS IMAGINE 的图像解译器(Image Interpreter) 包含了50 多个用于遥感图像处理的功能模块，这些功能模块在执行过程中都需要您通过各种按键或对话框定义参数，多数解译功能都借助模型生成器(Model Maker)建立了图形模型算法，很简洁调用或编辑。
图像解译器又称Image Interpreter 或Interpreter，可以通过两种途径启动:ERDAS 图标面板菜单条:Main 一Image Irnerpreter 一Image Interpreter 菜单ERDAS 图标面板工具条:点击Interpreter 图标~Image Interpreter 菜单图像解译器Image Interpreter 面板从上图可以看出，ERDAS 图像解译模块包含了8 个方面的功能，依次是遥感图像的空间增加(Spatial Enhancement)、辐射增加(Radiometric Enhancement )、光谱增加(SpectralEnhancement)、高光谱工具(Hyper Spectral Tools)、傅立叶变换((Fourier Analysis)、地形分析(Topographic Analysis)、地理信息系统分析(GIS Analysis)、以及其它有用功能(Utilities)，每一项功能菜单中又包含假设干具体的遥感图像处理功能。
目 录实验一 高光谱遥感数据获取 (1)实验二 高光谱遥感数据的大气校正 (4)实验三 地物光谱测量与成像 (7)实验四 MNF与端元选取 (11)实验五 光谱特征分析 (17)实验一 高光谱遥感数据获取实验目的高光谱遥感数据的具有较高的光谱分辨率，每个波段的范围小（窄波段），通常具有数十个至200多个窄波段。
本次实验的目的是利用ENVI、Erdas等软件观察TM、AVIRIS和Hyperion等遥感数据或者实验室使用Headwall高光谱相机拍摄的高光谱图像数据，认识高光谱数据的图谱合一的特点。
实验内容1、合成真彩色和假彩色的影像2、提取同类或异类地物（物体）的光谱曲线预备知识1、遥感数据的基本参数a)ETM波段 波长(微米) 分辨率(米)主要作用 Band 1 蓝绿波段 0.45-0.52 30 用于水体穿透,分辨土壤植被 Band 2 绿色波段 0.52-0.60 30 分辨植被Band 3 红色波段 0.63-0.69 30 处于叶绿素吸收区域, 用于观测道路/裸露土壤/植被种类效果很好Band 4 近红外 0.76-0.90 30 用于估算生物数量, 尽管这个波段可以从植被中区分出水体，分辨潮湿土壤，但是对于道路辨认效果不如TM3Band 5 中红外 1.55-1.75 30 用于分辨道路/裸露土壤/水, 它还能在不同植被之间有好的对比度, 并且有较好的穿透大气、云雾的能力。
b) AVIRIS指标 波段波长(微米) 波长范围 400-2500nmBand 1-4 紫外 0.369-0.399 光谱分辨率 10nm Band 5-14 蓝光 0.409-0.497 Fwmh 10nm Band 15-24绿光 0.507-0.596 Band 25-36红光 0.606-0.693Band 37-63近红外0.702-1.048c) Hyperion指标 波段波长(微米) 波长范围 430-2400 Band 1-5 紫外 0.356-0.396 光谱分辨率10nm Band 6-15 蓝光 0.406-0.498 Band 16-25 绿光 0.508-0.600 Band 26-36 红光 0.609-0.691 Band 37-184 近红外 0.702-1.992Band 185-242中红外2.002-2.577报告内容1、分别使用AVIRIS 和Hyperion 数据，如何针对植被、水体等不同地物进行假彩色合成选择合适的波段？ 2、分别从ETM+，AVIRIS 和Hyperion 数据中分别选取5种不同的地物，提取曲线。
从光谱剖面曲线上，比较分析多光谱数据和高光谱数据的各自特点。
3、信噪比计算，对Headwall 拍摄的数据，采用MNF 去噪后，实现以下计算和比较分析：a) 去噪前后，各波段图像的信噪比值Band 6 热红外 10.40-12.5060 感应发出热辐射的目标。
Band 7 中红外 2.09-2.35 30 对于岩石/矿物的分辨很有用, 也可用于辨识植被覆盖和湿润土壤。
Band 8全色0.52-0.9015得到的是黑白图象, 分辨率为15m, 用于增强分辨率, 提供分辨能力。
b)去噪前后，同一像素的（或同一区域的平均）光谱的信噪比值实验二 高光谱遥感数据的大气校正实验目的大气的影响对高光谱遥感而言比多光谱遥感更重要，尤其是陆地高光谱遥感，消除大气的影响而获得接近地面测量的光谱数据，对于准确识别地物、属性估计等具有十分重要的意义。
大气校正的目的是消除大气和光照等因素对地物反射的影响，获得地物反射率和辐射率、地表温度等真实物理模型参数，用来消除大气中水蒸气、氧气、二氧化碳、甲烷和臭氧对地物反射的影响，消除大气分子和气溶胶散射的影响。
本次实验的目的是掌握一般大气校正方法，理解大气传输过程中散射、吸收和折射作用的影响机理和校正的原理，掌握大气校正的一般方法和处理过程。
实验内容1、使用黑暗目标法分别对TM和AVIRIS影像进行大气校正2、使用FLAASH模块对AVIRIS影像进行大气校正预备知识1、黑暗目标消减法(Dark Object Substraction,DOS)a) 基本原理：寻找影像中的最暗的目标区域，假设该区域的光谱反射率为0，而实际获得的反射率是由于大气影响或程辐射的结果，并且其它区域受到相同的影响。
那么，可以通过从每个像元的反射率扣除掉黑暗目标的反射率就可以达到大气校正的目的。
通常情况下，我们一般选择水体作为暗目标。
b) ENVI 中DOS 的操作i. ENVI 中DOS 被称为Dark Subtractii. 依次选择菜单 Basic Tool ‐> Preprocessing ‐> General Purpose Utilities ‐> Dark Subtract，启动模块。
选择待校正的图像，选择Band Minimum 选项，即每个波段的最小值将被自动选为暗目标的反射率。
处理后保存结果即可。
2、ENVI FLAASHa) 简介：ENVI 的高精度大气校正工具包，其最新扩展模块FLAASH2.0 专门对波谱数据进行快速大气校正分析。
FLAASH可以处理任何高光谱数据、卫星数据和航空数据(860nm/1135nm)，这些数据是由HyMAP、AVIRIS、CASI、HYDICE、HYPERION(EO‐1)AISA、HARP、DAIS、Probe‐1、TRWIS‐3、SINDRI、MIVIS、 OrbView‐4、NEMO 等传感器获得的。
FLAASH还可以校正垂直成像数据和侧视成像数据。
FLAASH 是目前精度最高的大气辐射校正模型，使用了 MODTRAN 4 辐射传输模型的代码，基于像素级的校正，校正由于漫反射引起的连带效应，包含卷云和不透明云层的分类图，可调整由于人为抑止而导致的波谱平滑。
FLAASH 可对Landsat, SPOT,AVHRR, ASTER, MODIS, MERIS, AATSR, IRS 等多光谱、高光谱数据、航空影像及自定义格式的高光谱影像进行快速大气校气校正的目的。
通常情况下，我们一般选择水体作为暗目标。
b) ENVI 中的FLAASH 的操作请参见附件《ENVI FLAASH使用手册》报告内容1、一些基本的概念：a) 大气散射b) 大气吸收和地面遥感可以利用的主要大气窗口c) 解释为什么天空是蓝色的，而在太阳升起和落下时天空会呈现红色或橘红色d) 为什么需要进行大气校正2、对比分析 DOS 和FLAASH 的处理结果，注意典型地物的校正效果。
从大气传输过程简要分析一下FLAASH的关键参数设置对结果的影响。
实验三 地物光谱测量与成像实验目的1、了解地面高光谱数据获取的一般方法和测量过程2、了解地物光谱仪的一般工组原理3、理解地物光谱测量是定量遥感建模的重要内容实验内容1、了解野外便携式地物光谱仪的原理、使用和操作2、使用野外便携式地物光谱仪测量典型地物（水，土，作物）的光谱曲线预备知识1、便携式地物光谱仪的基本工作原理光纤光谱仪是现代主流的便携式地物光谱仪，基本工作原理是光源发光通过光纤传导入采样探头，光线照射于物体表面后，反射光再经探头导入与光谱仪相连的光纤束，被测光由接头入射到光谱仪内。
光谱仪内的分光结构至关重要。
入射光经反射准直镜准直，平面反射式光栅分光后，将入射光分成按一定波长顺序排列的单色光，再由成像物镜聚焦后，投射到CCD阵列的光敏面上进行检测。
典型的光纤光谱仪的构造如下图。
V s (λ实验采用式中，ρ)分别为测2、 几1) SV 2)海用垂直测量(λ)为被测测量物体种便携式VC 便携式地光海洋光学US光量方法，计ߩሺߣሻ测物体的反和标准版式地物光谱地物光谱仪光谱内置存通线阵列探光谱分辨率（最小积分SB4000‐VIS ‐光谱内置存储通道线阵列探光谱分辨率（最小积分计算公式为ൌܸሺߣሻܸ௦ሺߣሻ反射率，ρ版的仪器测谱仪仪的基本参数谱范围：35储器 ：50道数 ：10探测器：((2(（FWHM）：≦≦≦分时间：1NIR谱范围：35储器 ：-道数 ：-探测器：36FWHM）：1.分时间：3.为：ൈߩ௦ሺߣሻs (λ)为标准测量值。
数50 – 2500 00 scans(扫0241) 512 Si，2) 256 InGa3) 256扩展≦3.5nm, 350≦8.5nm 1000≦6.5nm, 185毫秒50 – 1000 648 Si，3505nm, 350 –8毫秒ሻ准版的反射nm扫)350-1000nm aAs，1000-1展的InGaAs 0 – 1000 n 0 – 1850 n 50 – 2500 nm -1000nm– 1000 nm射率，V(m 1850nm s，1850-25nmnm nmλ)，00nm实验步骤1、测量目标和条件的选择（1） 环境: 无严重大气污染，光照稳定，无卷云或浓积云， 风力小于3 级，避开阴影和强反射体的影响(测量者不穿白色服装)。
（2） 时间: 地方时9: 30‐14: 30 。
（3） 取样: 选择物体自然状态的表面作为观测面，取样面积大于地物自然表面起伏和不均匀的尺度，被测目标面要充满视场。
（4） 标准板: 标准板表面与被测地物的宏观表面相平行， 与观测仪器等距，并充满仪器视场，保证板面清洁。
2、安装仪器开始测试（1） 对准标准板，读取数据为V s 。
（2） 移开标准板对准地物，读取数据V g 。
（3） 重复步骤(1)(2)， 测量5‐9 次， 记录数据， 计算平均值。
（4） 更换目标，做好信息记录， 重复(1)‐(3)步骤。
（5） 整理数据，根据上述公式计算反射率ρg(λ), 标准板的反射率ρ's(λ)为已知值。
仪器安装注意事项:测量高度: 仪器保持水平架设，离被测地物表面距离≥1m。
几何关系:仪器轴线与天顶的倾斜角<±2°，标准面水平放置。
3、分析实测结果（1）根据计算结果，准确绘出地物光谱反射率曲线图。
（2）根据所绘曲线， 比较不同地物光谱特征，分析在遥感影像上可能产生的差异。
（3）分析实习过程中可能引起误差的因素。
报告内容1、分析地物光谱测量过程中的几种主要的影响因素。
2、在Excel或Matlab中绘制测量得到的典型地物的光谱曲线，并从地物的光谱响应特征和特征波段的测量结果对数据的质量进行分析和简要评价实验四 MNF与端元选取实验目的光谱解混是高光谱数据处理与分析的基本方法和必要的过程。
本次实验目的是了解高光谱影像混合的基本理论，掌握端元选取和光谱解混的一般方法。
实验内容1、MNF变换cup95eff.int是本次实验使用AVIRIS的高光谱影像，已经经过消光和大气校正。
