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基于RMS误差分析的高光谱图像自动端元提取算法--《遥感技术与应用》2005年02期
基于RMS误差分析的高光谱图像自动端元提取算法
【摘要】:提出了一种基于RMS(rootmeansquare)误差分析的自动端元提取算法。对图像每做一次线性解混合,就得到一幅以均方根RMS误差表示的残余误差图像,从中选出误差较大的像素作为新的端元开始下一次解混合,通过多次迭代,直到得到了要求数目的端元。该算法克服了以往端元提取方法监督特性的局限,减少了对先验信息的依赖,同时保留了图像中的异常。利用仿真和实验数据验证了该算法的有效性。
【作者单位】:
【关键词】:
【基金】:
【分类号】:TP751【正文快照】:
1 引 言高光谱遥感器所获取的地面反射或反射光谱信号是以像元为单位纪录的,它是像元所对应的地表物质光谱信号的综合。受传感器分辨率的影响,图像中每个像元往往包含不止一种地物(土地覆盖)类型,称为混合像元(mixedpixel)。端元(endmember)是描述混合像元的主要参数,它代
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京公网安备74号高光谱遥感中典型地物目标的光谱特征分析和信息提取模型―几个关键问题的研究报告
优秀研究生学位论文题录展示高光谱遥感中典型地物目标的光谱特征分析和信息提取模型―几个关键问题的研究报告专 业: 地理学关键词: 高光谱遥感 高光谱图像 相关拟合分析模型 高光谱滤波方法分类号: TP751形 态: 共 163 页 约 106,765 个字 约 5.107 M内容阅 读:
内容摘要该报告以高光谱遥感中一些典型地物目标如岩石、农作物、城市人工建筑和机载OMIS、PHI高光谱图像为研究对象,在精细分析和理解它们的光谱特征及主要影响因子的响应规律的基础上,提出并论证了:基于8个特征位置的植被光谱物征参数分析模型、相关似合分析模型CSAM、水稻地块的综合视反射率光谱模型IARS及基于CSAM+IARS的水稻高光谱图像信息提取算法、基于光谱维判断空间维光滑的智能化自适应模板高光谱滤波方法SRSSHF、正态吸收收带分解拟合模型NASM、基于POS的PHI图像几何纠正和镶嵌算法、基于GPS+稳定平台姿态参数的OMIS图像几何纠正和镶嵌算法等,并对这些模型或方法进行了应用验证。另外还对导数光谱分析方法进行了补充论证……
全文目录文摘英文文摘1前言1.1本报告中所试图提出并验证的一些模型1.2研究背景:高光谱遥感的发展及存在问题1.3基本情况介绍:数据、技术和研究对象1.4所拟涉及的几个问题1.5报告的主要内容简介1.6报告的一些主要成果2高光谱遥感在植被和农业遥感中的应用模型研究2.1植被的可见光-近红外光谱特征和光谱分析模型2.1.1植被的可风光-近红外光谱特征2.1.2植被光谱分析中的难点:问题的提出2.1.3对导数光谱分析方法的补充:存在问题的证明2.1.4特征参数分析模型:8个特征位置2.1.5相关拟合分析模型CSAM:原理、优点、启示2.2水稻地块的综合视反射率光谱模型及水稻地块在高光谱图像中的识别提取方法:CSAM应用之一2.2.1水稻的综合视光谱特征及其规律2.2.2问题的提出:为什么水稻的综合视反射率光谱是这样的?2.2.3水稻的综合视反射率光谱模型2.2.4模型的应用验证-常州地区PHI图像中水稻地块的信息提取2.2.5模型的再次验证-日本长野地区水稻及其他农作物的信息提取2.3一种基于光谱维判断、空间维光滑的自适应模板的高光谱图像优化方法-农田高光谱图像的优化和信息提取能力的改善:CSAM应用之二2.4基于图像特点和相关模型的对高光谱植被遥感的要求探讨3岩石的正态吸收带分鳃拟合模型:新疆部分典型沉积地层的光谱0.4-2.5μm特性分析及在图像处理上的应用3.1高光谱遥感地质应用:现状和问题3.2基本情况介绍3.3模型发展3.3.1正态吸收带分解拟合模型3.3.2原理探讨3.3.3根据特征吸收带对岩土样品进行矿物组成解读3.4岩石地球化学和光谱特征参数的关系分析3.4.1岩性类的光谱分类:光谱与图像的结合3.4.2光谱特征参数与地球化学的关系3.4.3正态吸收带参数与地球化学的关系3.5本章小结4高光谱图像城市地物探测可行性研究的初步结果4.1高光谱城市遥感应用及其发展情况4.2油漆实验及其启示4.3城市地物目标初探:实例4.4本章结论及启示4.5今后的研究建议5利用机载定位和姿态参数进行高光谱图像几何纠正和镶嵌的方法探讨5 1利用机载POS数据对无稳定平台PHI图像进行几何纠正和镶嵌5 2利用机载GPS数据和稳定平台姿态参数进行OMIS图像纠正和镶嵌5 3本章小结及意义总结参考文献
相似论文,74页,TP75,73页,TP75,126页,TP75,115页,TP75,112页,TP75,46页,TP75,68页,TP75,48页,TP75,57页,TP75,141页,TP75,64页,TP75,64页,TP75,48页,TP75,72页,TP75,60页,TP75,52页,TP75,82页,TP75,176页,TP75,51页,TP75,78页,TP75中图分类:
> TP751 > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 遥感技术 > 遥感图像的解译、识别与处理 > 图像处理方法
& 2012 book.13面向精准农业的高光谱遥感作物信息获取-第3页
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13面向精准农业的高光谱遥感作物信息获取-3
第一章引言;线具有波峰的形态和中等的反射率数值(大多在10-;(10)2350.2500nm谱段:此谱段是植物;在对植被典型光谱特征具有上述初步认识的基础上,各;1.2.2高光谱数据提取植被生物物理信息的研究进;生物物理信息在植被生态学研究中具有重要意义,常规;GongP等(1991)利用CASI成像光谱数据;Elvidge等(1990;PuR.L和Gong
第一章引言线具有波峰的形态和中等的反射率数值(大多在10-23%之间);(10)2350.2500nm谱段:此谱段是植物所含水分和二氧化碳的强吸收带,故植被在此谱段的反射光谱曲线具有波谷的形态和较低的反射率数值(大多在8-12%之间)。在对植被典型光谱特征具有上述初步认识的基础上,各国学者针对植被生物物理信息和生物化学信息提取展开了大量的研究。生物物理信息主要是指叶面积指数(LAD、生物量、植物种类、植冠郁闭度、光合有效辐射、净生产率及其它冠层结构参数等;生物化学信息主要是指植物体内的各种色素(如叶绿素、叶黄素、类胡萝I-素等).各种营养成分(如N、P、K)及纤维素、半纤维素、木质素、糖、油、淀粉和蛋白质等pJ。1.2.2高光谱数据提取植被生物物理信息的研究进展生物物理信息在植被生态学研究中具有重要意义,常规遥感已在植被指数、叶面积指数等信息获取方面得到应用,高光谱遥感的出现对常规遥感所能获取的生物物理信息的准确性和可靠性带来明显改善。尤其是高光谱遥感以其极具潜力的信息获取能力将生物物理信息和生物化学信息获取融为一体(~并解决),为促进人类对植被生态系统的深入了解,解决现代信息农业建设中的农田信息获取这一瓶颈问题创造了条件。GongP等(1991)利用CASI成像光谱数据对美国俄勒冈州某针叶树林的LAI成功地进行了试验性预测191:Elvidge等(1990。1993)利用成象光谱数据证实能够检测低于5%覆盏度的痕量植被18J;GongE等(1994)利用CASI成像光谱数据对美国俄勒阏州西部的卡斯卡特山脉东坡森林进行郁闭度信息获取试验。取得了郁闭度信息分量图像比彩红外航片判读值高出2-3%,且郁闭度信息分布合理的结果州:PuR.L和GongP等(1996)利用PSDl000(美国海洋光学公司,1995)光谱数据对美国北加州乃至北美西海岸的6种重要针叶树种(花旗松DF、美国巨杉GS、香肖楠Ic、美国西黄松PP、糖松sP和白冷杉WF)进行识别试验,达到了85.98%的识别精度【9】:童庆禧等(1997)利用MAIS成象光谱仪对潘阳湖地区湿地植被生态进行了广泛深入的研究㈣[381。童庆禧、郑兰芬等(1999)利用PHI成像光谱数据对江苏常州五七农场同期种植的3种作物(水稻、红薯、大豆)进行分类识别,种类识别精度达98%。地块面积估计精度达95%110l;赵永超、张兵等(2000)利用PHI成像光谱数据对江苏常州五七农场同期种植的6个不同水稻品种WX4、WX8313、WJ¥016、WY5021、99一15和9520成功地进行了识别,对同期生长的同种作物不同生育时期实现了区分…l131l;张兵、赵永超等(2001)利用Pill成像光谱数据对日本长野县盐尻市南部的4种作物和果树(水稻、葡萄、梨、人豆)成功地进行了识别,并提取了作物长势空间分布信息‘“1I”1。6表1.2400-2400nm光谱范围内42个吸收特征与干爆捣碎叶子生化成分的关系91460电子跃迁十叶绿熏b天气瓢刖640电子跃迁+叶绿素b910C.H键伸展,三次谐波蛋白质1020N-H键伸展蛋白质1200O-H键弯曲,一次谐波+水,纤维素,淀粉,木质素1450O.H键伸展,一次谐波淀粉,糖大气吸收1510N-H键伸展.一次谐波+蛋白质。+N1540O-H键伸展,一次谐波淀粉,纤维素1690C.H键伸展.一次谐波+木质素.淀粉,蛋白质,N1780C-H键伸展,一次谐波+纤维素。+糖.淀粉1820O-H键伸展.C-O键伸展,二次谐波纤维素1940O-H键伸展,O.H链变形十水,木质素。蛋白质大气吸收1960O-H键伸展。O-H键弯曲糖,淀粉大气吸收1980N-H键不对称蛋白质大气吸收2000O-H健变形.C-O键变形淀粉大气吸收2060N=H链弯曲,二次谐波,N-H键蛋白质。N大气吸收2080O-H键伸展,O-H键变形糖.淀粉大气吸收2100O=H键弯曲.C-H键伸展+淀粉。纤维素大气吸收2240C-H键伸展蛋白质信噪比迅速下降2250O-H键伸展.O.H键变形淀粉信噪比迅速下降2270C.H键伸展,O.H键伸展,CH2弯曲,纤维素。淀粉,糖信噪比迅速下降2280C.H键伸展,CH2弯曲淀粉,纤维素信噪比迅速下降+:化学成分有一个较强的吸收波长。7第一章引言生物化学信息是研究和理解植被生态系统过程和生理机制(如光合作用,碳氮循环等)的重要参数,是诊断植物营养状况的重要依据。商光谱技术提取植被生物化学信息首先是从非成像光谱数据取得突破的,经历了从干燥捣碎植物叶片光谱分析,到新鲜叶片的光谱分析,再到植物冠层水平的光谱测试分析,最后到实用水平的航空航天成像光谱技术应用研究几个渐进过程。20世纪60.70年代,美国农业部(USDA)的研究人员详细测定和分析了干燥和捣碎的多种植物叶子光谱,获得在400-2400nm光谱范围内大约42处对应~定生物化学成分的吸收特征,如表卜2.表l-2总结了由于化学成分分子键弯曲振动或伸展、电子跃迁所形成的42个吸收特征波长的对应的生化成分。相对于新鲜叶片和冠层来说,由于多次散射和相互干扰。使得大多数吸收特征都会比捣碎干叶情形变宽[91。但表1-2成果可以帮助我们理解光谱吸收特征的生物学意义,并对新鲜叶片和冠层水平的光谱分析具有指导意义。Thom等1972年通过测定反射光谱来估计甜椒叶片的氢素含量,研究发现在550nm和670rim波段反射率对甜椒叶片氮素营养水平的影响大,并利用这两个波段建立了估计氮素含量的相关模型,达到近90%精度。AiAlias等(1974)研究了玉米在不同营养(N、P、K、Ch、Mg、S)胁迫下不同叶位叶片的光谱特性,认为在所有营养胁迫条件下叶片的叶绿素含量都会降低,但降低程度不一t缺氮时叶绿素含量最低:光谱反射率的差异主要在530nm波段,不同营养胁迫与正常生长条件下的玉米在该波段光谱反射率方差分析结果表明,营养胁迫对530nm波段处植物光谱反射率有显著影响.研究结果还表明,叶片叶龄对光谱反射率也有很大影响。Thomas等(1977)研究了七种植物(甜瓜、玉米、黄瓜、莴苣、高粱,棉花、烟草)在不同氮素营养水平下的叶片光谱特性,发现所有植物在缺氮时其可见光波段的反射率增加,但不同植物其反射率的增加程度不一。反射率与叶绿素和类胡罗h素含量呈负相关,叶绿素和类胡罗h素解释了63.5~95%的绿光反射率。Shihayama等(1986)研究了氮素营养对水稻叶片光谱特性的影响.认为缺氮时的水稻叶片和正常营养水平的水稻叶片的光谱特征显著不同。并且认为叶绿素是导致光谱特征差异的主要内在因素。GEBonham―Carter,Miller等(1988)年定义了以660.750nm之间一阶微分光谱最大值为“红边”位置,并开始了“红边”位移与叶绿素等色素关系的研究㈣。J.R.Miller等(1990)提出和完善了一种用4个简单参数描述的倒高斯反射模型在670-800nm光谱范国内拟合植被反射光谱“红边”的方法Illl。FBoochs,G.kupfer(1990)对分属于不同处理地块的植物反射光谱红边的差异情况进行了研究?结果显示,红边不仅可由主转换点完整描述,而且可看着是所有不同特征的集8气毒堡主堕苎亘塑堕堡查些塑塞垄堕堡堕堡塑堕璺茎墼堡鱼堕垒皇塑兰壅堕―――量里堕兰!查:兰中表现。认为由高光谱分辨率光谱曲线所得红边,可提供足够的信息以探测出植物形态和生化状况的微小差异Il”。PaulJ.Curran等(1992)采用近红外反射光谱(NIRS)方法在可见光―近红外波长范围内对活体鲜叶中叶绿素、蛋白质、淀粉、可溶性糖、紫红素和水分等生化成分与反射光谱的相关性进行了研究,并给出了相应的预测估计模型”“。王人潮、周启发等(1993)从“七五”开始对水稻氨素营养水平与光谱特征的关系进行系统深入的研究,认为缺氮使得早稻叶片在680nm波段附近的吸收谷变浅,在近红外区域的反射率降低,在可见光区域的反射率增加,NDVI和RVI等植被指数与水稻叶片含氮量间有良好的相关关系.诊断水稻氮素营养水平的叶片光谱敏感波段为760~900nm、630~660nm和530~560nm。通过光谱测定及其变换运算,可以区分水稻的不同氮素营养水平。Shibayama等(1993)利用分辨率为5rim和10rim的地物光谱仪,在400-1900nm范围内分析了受水分胁迫的水稻的光谱反射能力。结果发现:在近红外和中红外波段的反射率及其一阶导数可以用来探测早期水稻冠层的水分胁迫作用II“。Malthus等(1993)用地物光谱仪研究大豆受蚕豆斑点葡萄孢感染后的反射光谱,发现其一阶导数反射率比原始的反射率要高,可用来监测病虫害的感染发生情况Il…。Jblldsorl(1996)在对高氮和低氮处理过的槭树叶片进行光谱测试与分析发现,在大于1500rim的短波红外波段的光谱反射率显著低于中氮处理过的械树叶片反射率。同时还发现在2160rim波段处叶片反射率的一阶导数与叶片全氮量间的相关性在整个可见光至红外波段范围内最好.、并将光谱分析方法估测鲜叶含氮量的精度提高到了85%以上。Blackburn等(1998)为估计不同枯萎阶段的四种落叶阔叶树种的色素浓度,提出了两B,Dart等(1999)对几种桉树叶片的可见一近红外反射光谱特性进行了研究,较好地White等(2000)用GER2600光谱仪以10rim分辨率在300.2600nm范围内测定植物9个关于色素的评价指数:特定色素简单比值指数(PSSR,如氏以锄)和特定色素归一化差值指数【PSDN,如(RmrR_6∞),(&00+k曲l。结果显示,这两个指数用于估计叶绿素a时,可见光波段用680nm波段:用于估计叶绿素b时,用635nm波段:用于估计胡萝h素时。用470rim波段,估计精度优于常规的比值植被指数和归一化差值植被指数纠。改善了叶绿索含量估计偏差。结果显示.波长710rim处的反射光谱对叶绿素含量具有最高灵敏度{在波长550rim处的反射光谱对叶绿素含量的灵敏度次之。对几个反射光谱指数的测试发现,作为一种针对较高植株叶绿素含量的遥感估计参数,比值(R毫"R7lo)/(R850"氏so)效果最好,一阶导数光谱的比值D17加lⅢ和红边位置与叶绿素含量的相关性最好。_二阶反射光谱导数的比值D2712/D2m对于叶绿素含量同样是一个最好的参数叫。冠层的反射能力,通过相关分析,确定了一些区别干燥与新鲜样本的波段口Ol。第一章引言PaulJ.Curran。JenniferL.Dungan等(2001)用一阶导数反射光谱(FDS)、吸收特征中心深度(BNC)和吸收特征面积(BNA)三种方法,由砍落地面的干松针叶的反射光谱对12种叶片生化组分(叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b、木质素、氮、纤维素、水分、磷、蛋白质、氨基酸、糖和淀粉)含量进行预测估计¨“。Q.啊∞,Q.Tong等(2001)用FieldSpec-FR地物光谱仪对不同水分胁迫情况下的小麦叶片进行光谱测量,经光谱归一化处理后,每个叶片的光谱吸收特征:波长位置(nm)、深度和面积被提取出来。同时也获取了每个测试叶片的相对含水量(RWC)。经对110个观测样本进行线性回归分析得知:小麦叶片的反射光谱特征在1650.1¥50nm范围内与叶片水分含量明显相关.随着相对含水量的减少,光谱吸收特征在这一光谱范围内表现得愈加明显。由已建立的反演模型用12个对照样本对预测相对水分的相对误差和预测的光谱位置的绝对误差进行评定,结果显示:预测水分的相对误差小于6%,波长位置的预测误差小于12m,u[221。1,2.4商光谱遥感(成像光谱数据)提取植被生物化学信息的研究进展非成像光谱数据的生物化学信息提取研究及其进展是成像光谱技术实际应用的重要基础和依据。将上述实验室光谱分析方法实用性地拓展到遥感应用水平,是一项国际性共识的挑战.如果这种技术能在冠层水平给出准确的叶片生化组分反演,这将成为从局部地区到全球尺度对生态系统过程和营养循环进行描述和建模的强有力工具(Wessman,1990)1231。J.Curran曾从三个方面论述了用遥感的方法估算叶片的化学组分的必要性和可能性。第一,在研究生态系统时,化学组分是必需的参量,而遥感已显示了其在不同尺度上测量植被的理化特征和养分循环过程的能力.第二,对叶片光谱特征了解的增加.使得用光谱估算植被化学组分成为可能.第三,不断发展的多波段高分辨率的成像光谱仪为实现用光谱监测植被化学组分提供了技术保障。为此,各国学者几乎在非成像光谱数据提取生化信息不断取得进展的同时,开始了成像光谱或称高光谱遥感的应用研究.Wessman等(1989)通过落叶树和针叶松的航空成像光谱(AIS)数据,结台地面采样(叶片生物总量、冠层氮和木质素含量)用线性回归建立了木质素和氮的预测模型。他们甚至还揭示了冠层木质素含量与氨的年无机化(碱解化)率的强相关现象l”1。Johnson等(1994)通过森林冠层化学组分与航空可见一红外成像光谱仪(AVIRIS)反射率转换后log(1/P)的一阶导数对应的波长,用回归方法建立了生化组分的相关预测模型,并得出实际含量与预测含量在三个波长位置的强相关关系:氮(R2卸.90:^=752nm/1593nm/2283nm)、木质素(∥印.93;^=1297nm/126Inm/2353nm)和叶绿素(R2=0.94:x=752nm/1069nm/935nm)[221.10包含各类专业文献、中学教育、外语学习资料、专业论文、文学作品欣赏、应用写作文书、行业资料、幼儿教育、小学教育、13面向精准农业的高光谱遥感作物信息获取等内容。 
 高光谱遥感在精准农业中的发展趋势主要有 (1)精准农业中的作物长势监测。主要利用红外波段和近红外 波段遥感信息,得到的植被指数(NDVI)与作物的叶面积指数和生 物...  作物长势监测、灾害预测、产量估产以及精准农业管理等方面有更好 和更高精度的...遥感的监测目标发生了很大的变化, 获取 子像元(最终光谱单元信息)的能力得到提高...  2 高光谱遥感在农业上的应用 高光谱遥感在农业中的应用 ,主要表现在快速、精确地进行作物生长信息的 提取、作物长势监测、估算植被 (作物 )初级生产力与生物量、...  AVIRIS 高光谱遥感数据的植被信息提取 摘要:以MoffettField的AVIRIS高光谱遥感影像为对象, 应用基于信息量的自适应波段选择方法实现植被信息提取的最优波段组合, 在此 ...  农业和 森林调查、海洋生物和物理研究等领域发挥着...等研究方面取得了成 功, 初显了高光谱遥感的魅力...农作物和植被的精细分类、城市地物甚至建筑材料的分类...  精准农业: 精准农业: 且分类精度较高, 对于大比例尺尺 ①高光谱遥感技术能有效地对作物进行分类和识别, 度上研究地表作物覆盖,提取更加细致的信息提供了有力保障...  获得了飞速的 发展,目前遥感正进入一个以高光谱遥感... 精确地获取作物生长状态以及环境胁迫的各种 信息,... 为遥感技术_在精准农业中的可能应用奠 定了技术...  一些农学模型和气象模型),便可获得作物 产量信息。...措施来调整农业生产活动,保证精准 农业的可预见性与... 发展高光谱遥感是遥 感技术应用于精准农业的必由...  进行识别,能较好地描述杂 草和农作物的外部特征,但是无法获取其内部特征信息 。...将偏振遥感与高光谱相结合,对精确除草具有十分重大的意 义,也对精确农业提供了...

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