叶绿素a高光谱遥感的经验和分析算法

第２５卷第１期　２０１１年３月　黑龙江工程学院学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｅｉｌｏｎｇｊ　ｉａｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｏ１．２５№．１　Ｍａｒ．，２０１１　

基于高光谱遥感技术的积水沉陷区水深　

反演模型的研究　

孟祥来，朱继文，张贺　

（黑龙江工程学院测绘工程学院，黑龙江哈尔滨１５００５０）　

摘要：高光谱遥感是当前内陆水监测的一个重要发展趋势，是有效地捕捉这些水体光谱信息的必要手段。在遥感　空间信息技术支持下对内陆积水沉陷区的水体特征进行分析，研究叶绿素ａ及总悬浮物浓度随着水体深度变化的特　

征，分析不同叶绿素ａ浓度、悬浮物浓度以及悬浮物粒径对水体光谱特性的影响特点；同时还对底质对水深信息遥感　提取的影响特点进行分析。在此基础上，构建水深遥感反演的定量模型。　

关键词：高光谱遥感；光谱反射率；水深遥感；反演模型　中图分类号：Ｐ２３７　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７１　４６７９（２０１１）０１—００１７　０３　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｗａｔｅｒ　ｄｅｐｔｈ　ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｉｎ　ｗａｔｅｒ　ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ　ａｒｅａ　

ｍｏｄｅｌ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌ　ｒｅｍｏｔｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ　

ＭＥＮＧ　Ｘｉａｎｇ一１ａｉ，ＺＨＵ　Ｊｉ—ｗｅｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｈｅ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｐｐｉｎｇ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ　１５００５０，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌ　ｒｅｍｏｔｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ｉｓ　ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｉｎｌａｎｄ　ｗａｔｅｒ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｔｒｅｎｄｓ，ａｎｄ　ｅｆｆｅｃ—　

ｔｉｖｅｌｙ　ｃａｐｔｕｒｅ　ｔｈｅ　ｓｐｅｃｔｒａｌ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅｓｅ　ｗａｔｅｒ　ｂｏｄｉｅｓ　ｔｈｅ　ｎｅｃｅｓｓａｒｙ　ｍｅａｎｓ．Ｓｐａｔｉａｌ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈ—　

高光谱遥感图像的特征提取和分类算法探究

遥感技术已经成为了现代地球科学中不可或缺的一部分，这种技术通过对地球表面的各种信息进行多波段、多角度、多时相的采集和处理，可以形成一系列高分辨率遥感图像。其中，高光谱遥感图像是一种获取地表物质高光谱信息的遥感技术，这种技术可以获取大量的物质光谱信息，为我们研究地球科学和环境变化提供了重要的数据来源。

在高光谱遥感图像中，物质对不同波长的电磁辐射的反射和吸收的不同程度是其与众不同的特性。由于不同的物质对不同波段的辐射产生的反应不同，固有光谱和在远距离上的高光谱遥感图像可以很好地区分不同物质。在高光谱遥感图像研究中，特征提取和分类算法是研究的两个重要方面。因此，本篇文章将探讨高光谱遥感图像的特征提取和分类算法的研究进展和应用现状。

一、特征提取

在高光谱遥感图像中，特征提取是一项至关重要的技术。特征提取的主要任务是将高光谱遥感图像中每个像元的光谱信息转化成低维空间的特征，以减少信息冗余和处理量，同时保留物体空间分布和分类信息。常用的特征提取方法包括如下几种。

1. 主成分分析（PCA） PCA是一种线性变换的方法，可以将高维空间中的数据降维到低维度的特征空间。在高光谱遥感图像中，PCA方法可以对数据矩阵进行特征值分解，得到协方差矩阵的主特征向量。这些主成分可以描述遥感图像的大部分空间信息，对于多波段数据的降维处理非常有效。

2. 独立成分分析（ICA）

ICA是一种非线性变换的方法，可以将遥感图像中的光谱信息进行分离和隔离，从而得到更加明确的光谱信息。在高光谱遥感图像中，ICA可以对数据矩阵进行特征值分解，找到可以独立分离的成分。这些成分可以帮助我们更好地理解高光谱遥感图像中的光谱结构，并提高物体检测和分类的准确率。

3. 小波变换（WT）

WT是一种非平稳信号的频域分析方法，可以用于多尺度分析和特征提取。在高光谱遥感图像中，WT可以将数据矩阵分解为一组小波系数，这些系数可以反映不同尺度下的物体信息。采用WT可以有效地提取出特定波段和频率下的光谱特征，是遥感图像特征提取的重要方法之一。

[叶绿素含量测定]叶绿素含量测定

[叶绿素含量测定]叶绿素含量测定 篇一 : 叶绿素含量测定

叶绿素含量的测定

根据朗伯-比尔定律，某有色溶液的吸光度A值与其中溶质浓度C以及光径L成正比，即A,aCL。,)各种有色物质溶液在不同波长下的吸光值可通过测定已知浓度的纯物质在不同波长下的吸光度而求得。如果溶液中有数种吸光物质，则此混合液在某一波长下的总吸光度等于各组分在相应波长下的吸光度的总和，这就是吸光度的加和性。今欲测定叶绿体色素提取液中叶绿素a、b含量，只需测定该提取液在2 个特定波长下的吸光度度值，并根据叶绿素a与b在该波长下的吸光系数即可求出各自的浓度。在测定叶绿素a、b含量时，为了排除类胡萝卜素的干扰，所用单色光的波长应选择叶绿素在红光区的最大吸收峰。

已知叶绿素a、b的80 ,丙酮提取液在红光区的最大吸收峰分别为663nm 和645nm，又知在波长663nm下，叶绿素a、b在该溶液中的比吸收系数分别为82.04

和9.27，在波长645nm下分别为16.75和45.60，可根据加和性原则列出以下关系式:

A663=82.04Ca +9.27Cb………………

A645=16.75Ca+45.6Cb………………

式中A663、A664分别为波长663nm和645nm处测定叶绿素

溶液的吸光度值;Ca、Cb分别为叶绿素a、b的浓度。

解联立方程、可得以下方程:

Ca=0.0127A663-0.00269A645…………

Cb=0.0229A645-0.00468A663…………

如把叶绿素含量单位由g/L改为mg/L，、式则可改写为: Ca=12.7A663-2.69A645…………

Cb=22.9A645-4.68A663…………

叶绿素总量CT=Ca+Cb=20.2A645+8.02A663……

叶绿素总量也可根据下式求导

A652=34.5×CT

由于652nm为叶绿素a与b在红光区吸收光谱曲线的交叉点，两者有相同的比吸收系数，因此也可以在此波长下测定一次吸光度求出叶绿素总量:

第２５卷第５期　２００６年１０月　红外与毫米波学报　Ｊ．Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｍｉｌｌｉｍ．Ｗａｖｅｓ　Ｖｏ１．２５，Ｎｏ．５　Ｏｃｔｏｂｅｒ，２００６　文章编号：１００１—９０１４（２００６）０５—０３５５—０５　查干湖水体光谱荧光峰特征与叶绿素ｏ【响应关系研究　段洪涛　，　张　柏　，　刘殿伟　，　张渊智　，　宋开山　，　王宗明　（１．中国科学院东北地理与农业生态研究所，吉林长春１３００１２；　２．中国科学院研究生院，北京１０００３９；　３．赫尔辛基技术大学，赫尔辛基，Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ　３０００，芬兰）　摘要：叶绿素　含量能够在一定程度上反映水质状况，利用遥感的方法监测叶绿素　具有众多优势．通过实测查干　湖水体反射光谱和荧光峰特征，分析了２００４年５到１０月查干湖水的反射谱的荧光峰特征和水质变化的关系．结果　表明：１．查干湖水体随着叶绿素　含量的增加，荧光峰位置基本上向长波方向移动，但是并不明显．２．荧光峰位置　变化比较适合用于反演叶绿素　含量较高，且范围跨度较大的水体．３．查干湖水体荧光峰高度与叶绿素　具有稳　定的响应关系，适合用于叶绿素　定量反演．４．荧光峰高度可以用于查干湖水体叶绿素　定量反演．这些结果为今　后利用高光谱遥感技术在查干湖进行叶绿素　含量反演提供了研究和工作基础．　关键词：遥感；荧光峰；查干湖；叶绿素ｏｒ；高光谱　中图分类号：Ｘ８７　文献标识码：Ａ　ＲＥＬＡＴＩｏＮＳＨ】Ｐ　ＢＥＴ、ＶＥＥＮ　ＦＬＵｏＲＥＳＣＥＮＣＥ　ＰＥＡＫ　ＳＰＥＣＴＲＡ　Ｌ　ＦＥＡＴＵＲＥＳ　ＡＮＤ　ＣＨＬｏＲｏＰＨＹＬＬ．仪ＩＮ　ＬＡＫＥ　ＣＨＡＧＡＮ　ＤＵＡＮ　Ｈｏｎｇ—Ｔａｏ。一，　ＺＨＡＮＧ　Ｂａｉ。，ＬＩＵ　Ｄｉａｎ—Ｗｅｉ。，　ＺＨＡＮＧ　Ｙｕａｎ．Ｚｈｉ　，ＳＯＮＧ　Ｋａｉ—Ｓｈａｎ　，ＷＡＮＧ　Ｚｏｎｇ—Ｍｉｎｇ。　（１．Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｇｅｏｇｒａｐｈｙ　ａｎｄ　Ａ　ｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｅｃｏｌｏｇｙ，ＣＡＳ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３００１２，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｇｒａｄｕａｔｅ　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　ＣＡＳ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１　０００３９，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｈｅｌｓｉｎｋｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｈｅｌｓｉｎｋｉ，Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ　３０００，Ｆｉｎｌａｎｄ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ—ｄ（Ｃｈｌ・　）ｉｓ　ａ　ｍａｉｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｔｏ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ　ｔｈｅ　ｔｒｏｐｈｉｃ　ｓｔａｔｅ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｊｏｒ　ｆａｃｔｏｒｓ　ａｆｆｅｃｔｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｐｒｏｄｕｃｅｓ　ｖｉｓｉｂｌｅ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｓｕｒｆａｃｅ　ｏｆ　ｗａｔｅｒｓ．Ｔｈｅ　ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ　ｐｅａｋ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅ・　ｆｌｅｃｔａｎｃｅ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｉｎ　ｌａｋｅ　Ｃｈａｇａｎ，Ｊｉｌｉｎ　ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｌｅｖａｎｔ　ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｆｒｏｍ　Ｍａｙ　ｔｏ　Ｏｃｔｏｂｅｒ　ｉｎ　２００４．Ｔｈｅ　ｐｅａｋ　ｈｅｉｇｈｔ　ａｎｄ　ｐｅａｋ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｓｈｉｆｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｐｅｃｔｒａｌ　ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅ　ｒｅ・　ｓｕｈｓ　ａｒｅ　ａｓ　ｆｏｌｌｏｗｓ：１．Ａ　ｓｈｉｆｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｅａｋ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｆｒｏｍ　ａｂｏｕｔ　６９０ｎｍ　ｕｐ　ｔｏ　７１０ｎｍ　ａｎｄ　ａｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｅａｋ　ｍａｇｎｉｔｕｄｅ　ａｒｅ　ｏｂｓｅｒｖｅｄ　ｗｈｅｎ　ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ・ｄ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．２．Ｔｈｅ　ｐｅａｋ　ｈｅｉｇｈｔ　ｈａｓ　ａ　ｓｔｅａｄｙ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　Ｃｈｌ・　．３．Ｔｈｅ　ｐｅａｋ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｓｈｉｆｔ　ｓｕｉｔｓ　ｔｏ　ｉｎｖｅｒｓｅ　Ｃｈｌ—　ｗｉｔｈ　ａ　ｈｉｇｈｅｒ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａ　ｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ｗａｔｅｒ．ｂｕｔ　ｉｔ　ｄｏｅｓ　ｎｏｔ　ｓｕｉｔ　ｔｏ　ｌａｋｅ　Ｃｈａｇａｎ．４．Ｔｈｅ　ｐｅａｋ　ｈｅｉｇｈｔ　Ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ　Ｃｈｌ—　ｉｎ　ｌａｋｅ　Ｃｈａｇａｎ．Ｔｈｅｓｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｔｏ　ｉｎ・　ｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｒｉｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ　ｖａｌｕｅｓ　ｆｒｏｍ　ｒｅｍｏｔｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ｄａｔａ　ｉｎ　ｌａｋｅ　Ｃｈａｇａｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｅｍｏｔｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ；ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ　ｐｅａｋ；ｌａｋｅ　Ｃｈａｇａｎ；ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ—　；ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａ　引言　叶绿素是藻类重要的组成成分之一，叶绿素Ｑ　（Ｃｈｌ—　）存在于所有的藻类中，其浓度的多寡是表　征光能自养生物量的重要指标．叶绿素　含量的高　低与水体藻类的种类、数量等密切相关，其浓度经常　用于估测浮游植物的生物量和生产力，也是反映水　体富营养化程度的一个重要参数　．因此，通过测　定叶绿素　含量能够在一定程度上反映水质状况．　遥感监测叶绿素　具有监测范围广、速度快、　收稿日期：２００５一ｌｌ一２８，修回日期：２００６—０６—２３　Ｒｅｃｅｉｖｅｄ　ｄａｔｅ：２００５一ｌｌ一２８，ｒｅ　ｊｅｄ　ｄａｔｅ：２００６．０６—２３　基金项目：中国科学院知识创新工程重要方向项目（ＫＺＣＸ３一ＳＷ一３５６），国家自然科学基金（４０４０１００３，４０３７１０８２），中国科学院资源环境领域野外　台站基金，中国科学院“东北之春”人才培养计划和中国科学院东北振兴科技行动计划重大项目资助　作者简介：段洪涛（１９７９一），男，河南焦作人，博士生，主要从事地理信息系统应用和高光谱遥感研究．