地物光谱特征及地面光谱数据采集
典型地物反射波谱测量与特征分析
典型地物反射波谱测量与特征分析引言典型地物反射波谱测量与特征分析是遥感领域的重要研究内容之一、通过获取地物的反射光谱特性，可以深入了解地物的组成和性质，从而实现地物分类和变化监测等应用。
本文将介绍地物反射光谱测量的方法以及常见的特征分析方法。
一、地物反射光谱测量方法1.无人机航拍法无人机航拍法是一种比较常用的地物反射光谱测量方法。
通过搭载光谱仪等设备的无人机进行航拍，可以获取高分辨率的光谱数据。
这种方法适用于小范围的地物反射光谱测量，可以获取非常详细的地物光谱信息。
2.便携式光谱仪法便携式光谱仪法是一种简便易行的地物反射光谱测量方法。
通过使用便携式光谱仪，可以在不同地点采集地物的光谱数据。
这种方法适用于快速测量大面积范围的地物光谱信息，常用于农业、植被监测等领域。
3.卫星遥感法卫星遥感法是一种广泛应用于大区域地物光谱测量的方法。
通过卫星传感器获取的遥感数据，可以得到地物的反射光谱特性。
这种方法适用于大范围的地物光谱监测和研究。
二、地物反射光谱特征分析方法1.基于统计学的分析方法基于统计学的分析方法通过对光谱数据进行统计学分析，提取地物的光谱特征。
常见的方法有频率统计和概率分布分析。
这些方法能够揭示地物光谱的整体分布规律，帮助区分不同地物类型。
2.基于特征波长的分析方法基于特征波长的分析方法通过找到光谱数据中特定波长的峰值或谷值，来提取地物的光谱特征。
常见的方法有光谱指数法和比值法。
这些方法能够有效提取地物的光谱特征，突出地物的不同性质。
3.基于光谱反射率的分类方法基于光谱反射率的分类方法通过将地物反射光谱与已知地物光谱进行对比，实现地物的分类。
常见的方法有最大似然分类和支持向量机分类。
这些方法通过对光谱数据进行分析，可以将地物进行有效地分类。
三、应用实例1.植被监测通过地物反射光谱测量和特征分析，可以实现对不同植被的监测。
通过提取植被的光谱特征，可以了解植被的生长状况、叶绿素含量等指标，进而对植被进行分类和变化监测。
光谱数据的采集
实验报告姓名专业：GIS 学号：日期：课程名称：指导教师（学生填写）：成绩：教师签名：一、实验项目：光谱数据的采集二、实验类型（√选）：0演示实验；1验证实验；2综合实验；3设计性实验；4创新实验三、实验目的：1.熟悉光谱数据的采集步骤2.学会使用光谱查看工具查看光谱数据3.了解一般地物的光谱曲线四、实验准备：计算机、RS3、View SpecPro Graph、高光谱辐射仪五、实验简要操作步骤及结果：（1）准备工作：安装好电池，将FieldSpec3 高光谱辐射仪打开，并与笔记本电脑链接。
打开RS3 软件，填写好需要存储数据的路径、名称和其他内容。
Opt-->WR-->control-->spectrumsave。
其中RS3 软件使用时要求电脑设置为英文环境。
（2）选择待测地物：可以是植被、土壤、建筑物、水体等。
不同地物的光谱特性不一样，同种地物间光谱特性也有可能不同。
比如，植被有针叶林、阔叶林，也有健康的和有病虫害的，植被叶片颜色呈绿色的和呈枯黄色的。
由于植物含水量以及叶绿素含量的不同，会导致对电磁波反射吸收的能力也不同，因此会导致光谱特征曲线不同。
（3）测量过程： A. 镜头对准白板，在RS3 软件中选择OPT 进行优化。
B. 镜头对准白板，点击WR 采集参比（白板应充满镜头，并保持没有阴影）。
镜头对准目标地物，目标与镜头之间的距离大致等于桶采集参比时白板与镜头的距离。
点击空格键存储目光光谱。
为提高光谱数据的质量，每隔一定时间（20 分钟左右）进行一次采集参比。
（4）整理工作：测量完成后，将相关数据拷贝到U 盘中。
依次关闭电脑以及光谱仪电源，将仪器、白板等实验工具整理好，收回到仪器包中。
（5）查看测量数据：打开ViewSpec Pro Graph，添加数据，如下图查看植物光谱曲线（6）数据处理：对各种地物的光谱曲线进行异常值剔除，并求取平均值，最后对各光谱曲线进行查看。
（7）反思总结：A.对地物光谱特征的测量有了一定的了解；B.对各种地物光谱的采集，加深了我们对课堂内容的认识，同时也促进了小组的合作意识；C.地物光谱特征是基础，通过初级的光谱采集过程，有利于以后对高光谱的学习。
遥感数据处理中的特征提取与分类方法
遥感数据处理中的特征提取与分类方法引言遥感技术的发展使得人们能够通过航天器远距离获取地球表面的图像数据，并进行各种分析和应用。
遥感数据处理是指对这些获取到的数据进行预处理、特征提取和分类，以实现对地球表面特定区域的信息提取和解读。
本文将探讨遥感数据处理中的特征提取与分类方法。
一、特征提取方法1. 光谱特征提取光谱特征提取是遥感数据处理中最常用的方法之一。
通过分析地球表面的反射、辐射和发射光谱信息，可以获取不同物体或地物的光谱特征。
这些特征包括反射率、辐射亮度、辐射强度等。
2. 纹理特征提取纹理特征提取是通过分析地物表面纹理的空间分布和统计特性来获取特征信息的方法。
纹理特征包括灰度共生矩阵、方差、平均灰度等。
这些特征可以用于界定地物的边界、形状和空间分布特征。
3. 结构特征提取结构特征提取是通过分析地物的几何形状和排列方式来获取特征信息的方法。
结构特征包括面积、周长、长度、宽度、密度等。
这些特征可以用于判断地物的类型和分类。
二、分类方法1. 监督分类方法监督分类方法是基于已知地物类型的样本数据进行训练和分类的方法。
这种方法需要先收集一定数量的地物样本数据，并标注其类别信息。
然后，通过对样本数据进行统计分析和特征提取，建立分类模型，对未知地物进行分类。
2. 无监督分类方法无监督分类方法是不依赖已知样本数据进行分类的方法。
无监督分类方法主要依靠对地物间的相似性和差异性进行统计分析，通过将地物划分为具有相似特征的类别，实现分类。
3. 半监督分类方法半监督分类方法是监督分类方法和无监督分类方法的结合，充分利用已知样本数据和未知样本数据进行分类。
半监督分类方法首先使用无监督方法对未知样本数据进行聚类，然后使用监督方法对聚类结果进行分类。
结论遥感数据处理中的特征提取与分类方法是实现对地球表面信息提取和解读的关键环节。
光谱特征、纹理特征和结构特征的提取可以有效地表示地物的特点和特征。
监督分类、无监督分类和半监督分类方法可以根据不同的需求和数据情况进行选择和应用。
地物光谱仪在野外光谱测量中的使用解析
地物光谱仪在野外光谱测量中的使用（一）论文关键词地物光谱仪；野外测量；工作规范论文摘要在遥感技术中，为了更精确地判读多光谱图像，掌握地面上各种地物的光谱辐射特性是十分重要的。
介绍FieldSpec?悖HandHeld手持便携式光谱分析仪的测量原理方法、工作规范及注意事项，概要地说明了影响光谱测量的因素。
在遥感领域中，为了研究各种不同地物或环境在野外自然条件下的可见和近红外波段反射光谱，需要适用于野外测量的光谱仪器。
对野外地物光谱进行测量，我们使用的是美国 ASD公司FieldSpec?悖HandHeld手持便携式光谱分析仪。
其主要技术指标为：波长范围为 300~1100nm光谱采样间隔为1.6nm, 灵敏度线性：土1% FieldSpec?悖HandHeld手持便携式光谱分析仪可用于户外目标可见一近红外波段的光谱辐射测量。
该光谱仪在户外主要利用太阳辐射作为照明光源，利用响应度定标数据，可测量并获得地物目标的光谱辐亮度；利用漫反射参考板对比测量，可获得目标的反射率光谱信息；通过对经过标定的漫反射参考板的测量，可获得地面的总照度以及直射、漫射照度光谱信息；利用特定的辅助测量机械装置，可获得地面目标的BRDF（方向反射因子）光谱信息参数。
为了使地物光谱数据可靠和高的质量，使数据便于对比和应用，有必要提出地物光谱测试规范和测量要求。
1仪器的标准和标定1.1光谱分辨率实用分辨宽度对0.04~1.10卩m小于5nm 1.1~2.5卩m小于15nm。
对于FieldSpec?悖HandHeld手持便携式光谱分析仪，起始波长为325nm终止波长为1075nm波长步长为1nm则光谱分辨率取3nm1.2线性标定线性动态范围有3个量级，最大信号对应为0.8~1.0，太阳常数照明的白板（V 90%）峰值响应输出。
线性误差小于 3%（回归误差）。
1.3光谱响应度的标定反射率小于、等于15%（大于1%）的目标，信噪比应大于10。
土壤光谱测量与影响其光谱特征的因素分析
土壤光谱测量与影响其光谱特征的因素分析2北斗导航位置服务（北京）有限公司，北京海淀100010摘要:本文通过对土壤进行光谱测量，制定出了一套完整的光谱测量流程，并对测量数据进行处理及定性分析找出了影响土壤光谱特征的部分因素，并探讨了土壤光谱遥感的应用前景。
关键词：光谱测量规范土壤分析1.引言1.1光谱遥感的作用和研究现状任何物体都有自己特有的反射光谱而同类物体的反射光谱特性大同小异,不同物体光谱反射率的差异要比同一物体大得多。
光谱遥感技术就是以物体的反射率随波长的变化为依据,通过适当的光谱段的选择和组合,有效地区分出各种不同类型的物体。
在近年来的地物波谱特性研究中，人们的注意力由地物波谱与地物自身性质的关系上转移到了与地表特征关系的研究中,从而使地物波谱特性研究更深入一步。
1.2土壤波谱特性研究的发展和现状在可见光波段范围内，光谱仪接收的是太阳发射的信息，裸露土壤反射率一般随波长增加而增加，不同类型土壤的反射率也不同。
对于给定的土壤类型，反射率随水分含量的增加而减少。
但是，不同类型土壤间的反射率差别可能与不同水分引起的差别相当，甚至更大，加上太阳高度、大气条件和地表状况引起的误差，要定量估算土壤水分是比较困难的。
所以，一直以来，人们都在对该领域进行试验、研究。
国外利用遥感方法进行土壤水分监测的可行性研究开始于60年代，那时，科学家们通过在实验室对图样进行光谱观测，提出随土壤含水量的增加，其光谱反射率整体下降，这为后来利用遥感方法进行土壤水分监测提供了理论依据。
美国也在60年代末研究了土壤水分，包括沙漠区的土壤水分，对反射率的影响，发现干燥土壤具有较高的反射率。
70年代，日本学者测量了5种土壤的反射率，建立了土壤水分含量的多员回归方程。
另外，印度国家遥感局利用MSS和TM资料，评价了局部某一地区的土壤干旱程度。
后来，各国学者都曾进行过土壤水分监测和旱情方面的遥感研究，取得了一些阶段性成果。
我国学者自20世纪80年代，也开始了这方面的研究，2002年，刘伟东和国外科学家共同研究，证明了土壤光谱反射率在一定的水分含量临界值之下时随土壤湿度的增加而降低，但当超过该临界值后，随土壤水分的增加而增加。
高光谱数据处理与特征提取技术研究
高光谱数据处理与特征提取技术研究近年来，随着遥感技术的快速发展，高光谱遥感已经成为地球观测领域的重要组成部分。
高光谱遥感技术通过采集地面物体在数百个连续光谱波段的反射率数据，弥补了传统遥感技术中光谱分辨率的不足。
然而，由于高光谱数据的维度高、信息量大，对数据的处理和特征提取成为了研究的难点。
高光谱数据处理首先需要对原始数据进行预处理，以去除不必要的噪音和干扰。
这一步骤包括辐射校正、大气校正、辐射度转换等。
辐射校正主要用于将原始数据的数字值转换为辐射度值，消除了由于传感器观测和记录过程中的不确定性导致的误差。
大气校正则是为了消除大气吸收和散射对高光谱数据的影响，使得数据能够准确地反映地物的光谱特性。
辐射度转换则将辐射度值转换为反射率数据，以便后续的特征提取。
在预处理完成后，接下来需要进行高光谱数据的降维处理。
由于高光谱数据的维度高达几百甚至上千维，传统的数据处理方法往往难以处理如此高维数据。
因此，降维处理就变得尤为重要，可以将高光谱数据降低到更低的维度，减小计算复杂度。
常用的降维方法有主成分分析（PCA）、线性判别分析（LDA）等。
PCA通过对原始数据进行线性变换，得到新的低维表示，使得新的维度下数据的方差最大。
LDA则是通过最大化不同类别之间的差别、最小化同一类别内部的差别，使得新的低维表示有更好的分类能力。
除了降维处理，高光谱数据的特征提取也是至关重要的一步。
特征提取的目的是通过挖掘数据中的潜在信息，抽取出最能表征地物光谱特性的特征。
常用的特征提取方法有光谱特征提取、空间特征提取和纹理特征提取等。
光谱特征提取主要通过分析不同波段的反射率值之间的关系，挖掘出地物表现出的光谱特性，如光谱曲线形态、光谱吸收特征等。
空间特征提取则是通过分析地物在空间上的分布情况，提取出地物的大小、形状和空间分布规律等特征。
纹理特征提取则是通过分析地物表面的纹理特征，提取出地物的纹理信息，如纹理粗糙度、纹理方向等。
高光谱数据处理与特征提取技术的研究不仅可以在农业、环境监测、城市规划等领域中发挥重要作用，还对于地质勘探、矿产资源调查等领域具有重要意义。
典型地物的光谱曲线特征
不同类型的地物在遥感影像中呈现出不同的光谱曲线特征。
以下是一些常见地物的光谱曲线特征：
植被：植被在可见光波段（0.4-0.7微米）表现出较高的反射率，特别是在绿色波段（0.5-0.6微米）反射率最高。
这是因为植被对太阳辐射的吸收主要集中在红光和蓝光波段，而对绿光波段较少吸收，因此呈现出较高的反射率。
水体：水体在可见光波段表现出较低的反射率，尤其在蓝光波段（0.45-0.5微米）反射率较低。
这是因为水体对蓝光有较强的吸收能力，吸收了大部分蓝光能量，导致较低的反射率。
土壤：土壤的光谱曲线特征受其成分和含水量的影响。
一般而言，裸土在可见光波段的反射率较高，而在近红外波段（0.7-1.3微米）反射率较低。
不同类型的土壤（如沙质土壤、粘质土壤等）的光谱特征会有所差异。
建筑物：建筑物通常呈现出较高的反射率，尤其在可见光和近红外波段。
建筑物的反射率与其材质和表面特性有关，如玻璃、金属等材质会呈现出较高的反射率。
道路：道路表面通常具有较高的反射率，尤其在可见光和近红外波段。
道路的光谱特征与其材质、路面状况和光照条件等因素相关。
地物的光谱特性
入射电磁波的波长 入射角的大小 地表颜色与粗糙度
2. 地物的反射光谱：地物的反射率随入 射波长变化的规律。
1) 地物反射光谱曲线：根据地物反射率 与波长之间的关系而绘成的曲线。地 物电磁波光谱特征的差异是遥感识别 地物性质的基本原理。
2) 不同地物在不同波段反射率存在差异： 雪、 沙漠、湿地、小麦的光谱曲线
2) 微波辐射比红外辐射弱得多，但技术上 可以经过处理来接收。
3) 瑞里—金斯公式
黑体辐射的微波功率与温度成正比， 与波长的平方成反比。
W( )
2kT
2
微波波段与红外波段发射率的比较：不同地 物之间微波发射率的差异比红外发射率要明显得 多，因此，在可见光和红外波段中不易识别的地 物，在微波波段中则容易识别。（表2-6）
6、地物的发射光谱
① 发射光谱：地物的发射率随波长变化的 规律。
② 发射光谱曲线：按照发射率和波长之间 的关系绘成的曲线。
③ 岩石的发射光谱分析（图2-12）
亮度温度：衡量地物辐射特征的重要指标。指等 物体的辐射功率等于某一黑体的辐射功率时， 该黑体的绝对温度即为亮度温度。 The temperature of the black body which radiates the same radiant energy as an observed object is called the brightness temperature of the object. 亮度温度与实地温度的关系：总小于实地温度。
4) 地物的光谱特性具有时间特性和空间特
性。
时间特性
空间特性
地物发射电磁波的能力以发射率作为衡量 标准；地物的发射率是以黑体辐射作为参 照标准。
地物光谱的采集与分析
地物光谱的采集与分析地物光谱的采集与分析是一种重要的地球科学技术方法，广泛应用于地貌、植被、土壤、水体等地物特征的研究和监测中。
地物光谱是指不同物质对不同波长光的反射和吸收特性，通过采集和分析地物的光谱数据，可以获取物质的成分、结构、特征等信息，进而实现地球资源的合理利用和环境的管理。
地物光谱的采集主要通过遥感技术实现，遥感传感器可通过空间平台（如卫星、飞机、无人机）采集地物的反射、辐射、发射等光谱数据。
遥感传感器主要分为光学传感器和微波传感器两类，光学传感器主要包括多光谱、高光谱和超光谱传感器，微波传感器主要包括合成孔径雷达（SAR）和微波辐射计（MWR）。
这些传感器在不同波段范围内可获取波长和能量特征不同的地物反射光谱，用于进行地物分类、变化检测等研究。
地物光谱的采集与分析过程包括数据获取、预处理、分类与识别、特征提取等多个环节。
首先，需要获取地物光谱数据，包括几何校正、辐射定标、大气校正等预处理，以消除传感器影响和环境干扰。
然后，进行地物分类与识别，通过光谱特征的统计学分析、机器学习等方法，将光谱数据划分为不同的类别或类型，如植被、水体、岩石等。
此外，还可结合地物光谱与其他遥感数据（如高程数据、热红外数据）进行多源数据融合，提高分类精度和信息提取效果。
最后，进行地物特征提取，通过分析不同地物光谱的反射率、吸收率等特征参数，揭示地物的性质、空间分布和变化规律。
地物光谱的采集与分析在许多领域有广泛应用。
例如，在地质领域中，光谱数据可用于岩性分类、矿石勘探等研究，通过不同矿物的光谱特征提取，可以判断矿产资源的类型和含量。
在生态领域中，光谱数据可用于植被类型、植物生理状态等研究，通过植被光谱的反射和吸收特征，可以评估生态系统的健康情况和生物多样性。
在环境领域中，光谱数据可用于水质、空气质量等监测，通过水体和大气的光谱特征，可以分析污染程度和环境变化。
然而，地物光谱的采集与分析也存在一定的挑战与问题。
光谱实验报告
实习报告（一）实验名称：《地物光谱特性测量》（二）所属课程名称：《资源环境遥感》（三）学生姓名：（四）实验日期及地点：（五）实验目的：对校园中的一些地物进行遥感光谱特性测量（六）实验意义：（1）对光谱测量仪器的认识：ASD野外光谱分析仪FieldSpecPro是一种测量可见光到近红外波段地物波谱的有效工具，它能够快速扫描地物，光线探头在毫秒内得到地物的单一光谱。
FieldSpec分光仪主要由附属手提电脑，观测仪器，手枪式把手，光线光学探头以及连接数据线组成。
通过连接电脑，可实时持续显示测量光谱，使得测量者可以即时获取需要的测量数据。
（2）对课堂内容的认识：地物反射光谱是指某种物体的反射率或反射辐射能随波长变化的规律，以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得到的曲线即为反射波谱特性曲线。
影响地物波谱变化的因素：太阳位置（太阳高度角和方位角）。
不同的地理位置，海拔高度不同。
时间、季节的变化。
地物本身差异、土壤含水量、植被病虫害。
（七）实验原理：（八）人员要求：设备：（1）ASD公司生产的Field Spec3高光谱辐射仪（2）软件：RS3和View SpecPro Graph工作要求：（1）天气情况：地面能见度：晴朗，地面能见度不小于10km，云量要求：太阳周围90°立体角范围内淡积云量小于2%，无卷云或浓积云等，风力要求：无风或微风（测量时间风力小于4级，对植物测量时风力最好小于3级）测量时间：为保持太阳高度角大于45度，且由于北京地区处于中纬度地区，所以测量时间应在北京时间10:00~14:00之间，冬季对于测量时间应该更加严格一些。
另外，测量速度应该满足<=1min/组。
（2）测量情况：为减少反射光对观测目标的影响，观测人员应着深色服装，观测时面对太阳站立与目标区后方，观测时保持探头垂直向下，使得机载成像光谱仪观测方向保持一致，注意观测目标的二项反射影响。
记录人员应站在观测人员身后，并避免在目标区周围走动。
高光谱遥感;光谱特征;特征提取
高光谱遥感;光谱特征;特征提取
高光谱遥感是一种利用大量连续的窄波段光谱数据来获取地物
信息的技术。
通过高光谱遥感，我们可以获取地表材料的光谱特征，这些光谱特征可以用来识别不同的地物类型，比如植被、水体、土
地利用类型等。
光谱特征是指不同地物在光谱上的反射、吸收和辐
射特性，这些特性在不同波长范围内呈现出独特的表现，因此可以
被用来区分和识别地物。
特征提取是指从原始的高光谱数据中提取出对地物分类和识别
有用的特征信息的过程。
在高光谱遥感中，特征提取通常包括两个
方面，空间特征提取和光谱特征提取。
空间特征提取是指利用地物
在图像上的空间分布和形态特征来进行分类和识别，比如纹理、形
状等特征；而光谱特征提取则是指利用地物在不同波段上的光谱响
应特征来进行分类和识别，比如光谱曲线的形状、波峰和波谷位置
等特征。
在特征提取过程中，常用的方法包括主成分分析（PCA）、线性
判别分析（LDA）、小波变换、光谱角匹配等。
这些方法可以帮助我
们从原始的高光谱数据中提取出最具代表性和区分性的特征，为后
续的地物分类和识别提供支持。
总的来说，高光谱遥感通过获取地物的光谱特征，并利用特征提取方法从中提取有用的信息，为地物分类和识别提供了重要的数据基础和技术手段。
通过充分挖掘高光谱数据中的光谱特征和空间特征，我们可以更准确地理解和描述地球表面的地物信息，为资源环境监测、城市规划、农业生产等提供重要的支持和应用。
地物光谱测量实验报告
地物光谱测量实验报告一实验目的1.掌握地物反射波谱测量的基本原理2.了解典型地物类型的光谱特征，并通过测量得到其反射光谱曲线植被土壤水体3.通过实验更深入的了解表征辐射的物理量、以及地表同入射光的作用机制辐射亮度L (radiance)反射率R (reflectance)二实验器材1.fieldspec 3，产自美国ASD公司，其数据间隔为1nm，光谱范围350nm-2500nm2.手提电脑3.白板和灰板三实验步骤将地物与已知反射率的白板（标准板）相比较，求出地物反射率R具体操作：1 光谱仪探头对准白板优化(OPT)2 点击RAD图标3 按空格键存储4 光谱仪探头对准目标地物5 按空格键存储四实验结果1植被的反射波谱特征1 ）不同种类的植物均具有相似的反射波谱曲线2 ）可见光区域，由于叶绿素的强烈吸收，植物的反射、透射率均低，仅在0.55附近有一10-20%的反射峰而呈绿色。
3 ）近红外区域，在0.7—1.3之间形成50-60%的强反射峰，由于不同种植物的叶内细胞结构差异大，不同种植物的反射率在该波段具有最大的差值，故是区分植物种类的最低波段。
4 ）1.45、1.95、2.7为中心的三个吸收带为水吸收带，高斯曼发现，还三人吸收带之间的两个反射峰（1.65及2.2）上，各值与非多汁植物反射率差别非常明显。
两图皆较符合其光谱特征2水体的反射波谱特征反射率在各波段内都低（一般在3%左右），在可见光部分为4-5%，在0.6处降至2-3%，到0.75以后的近红外波段，水成了全吸收体。
可以看出，可见光波段反射率逐渐降低，在红外波段，水成为完全吸收体。
两图的差异反应出水全反射部分的影响。
3土壤的反射波谱特征1）反射率：与土壤质地、有机质含量、氧化含量和含水量及盐份等因素有关；粉砂>砂土>腐质土。
2）反射光谱曲线由可见光到红外呈舒缓向上的缓倾延伸可以看出，四图的土壤光谱特征大致呈相同的逐渐缓慢增长的趋势。
遥感地学分析地物光谱特征分析
遥感地学分析地物光谱特征分析遥感地学分析地物光谱特征是通过遥感技术获取地物的光谱信息并进行分析。
光谱是电磁波在不同波长处的分布情况，地物在遥感图像中的光谱特征可以提供关于其组成、结构和性质的信息。
地物光谱特征分析是遥感地学的重要研究内容，对于地物分类、环境监测和资源调查等应用具有重要意义。
地物光谱特征分析基于遥感图像中的光谱曲线，通过对比不同地物的光谱特征，可以帮助我们区分地物类型，并了解地物的空间分布、数量和变化情况。
光谱特征分析主要包括以下几个方面的内容。
首先是光谱曲线的形态分析。
不同地物的光谱曲线形态有所不同，通过对光谱曲线的起伏、波峰、波谷等形态特征进行分析，可以帮助我们鉴别地物类型。
比如，水体的光谱曲线具有明显的吸收特征，而植被的光谱曲线则显示出明显的吸收波段和反射波段，利用这些形态特征可以将水体和植被进行区分。
其次是光谱曲线的能量分析。
地物的光谱曲线能量分布情况与地物的组成和结构有关。
通过分析不同波段上的光谱能量分布情况，可以获得地物的组成信息。
例如，植被含有大量的叶绿素，对红辐射吸收较强，因此在红光波段上反射较少的能量。
反之，水体和土地等地物则在红光波段上反射较多的能量。
通过这种能量分布的差异，可以将植被、水体和土地等地物进行区分。
此外，也可以通过计算光谱特征参数来分析地物光谱特征。
常用的光谱特征参数包括植被指数、水体指数等。
植被指数可以反映植被的绿度和生长状况，常用的有归一化植被指数（NDVI）和增强型植被指数（EVI）。
水体指数则用于提取水体的光谱特征，常用的有归一化水体指数（NDWI）和水体影像差异指数（MNDWI）。
通过计算这些指数，可以量化地物的光谱特征，进一步分析地物类型和性质。
最后，地物光谱特征分析还可以通过光谱数据库和遥感图像分类技术进行辅助分析。
光谱数据库是一种记录不同地物的光谱特征的库，可以通过与遥感图像的光谱曲线进行对比，帮助我们确定地物类型。
遥感图像分类技术通过对图像中的像元进行分类，将不同的光谱特征的像元归类到不同的地物类型中。
地物光谱的采集与分析
地物光谱的采集与分析实验报告学生姓名：陈熙陈郭博文宋歌学生班级：2012级GIS2班地理科学学院制2014.121 实验简介本次实验是利用光谱仪，选取地理科学学院门前的地物进行光谱曲线的采集，利用所学理论知识，结合分析光谱曲线软件，完成对获得的地物曲线的比较分析。
旨在认识和熟悉光谱仪，学会光谱仪采集光谱的主要流程，掌握光谱仪的使用方法，加深对常见地物光谱的理解和曲线的熟悉度，并培养分析问题和解决问题的能力。
实验数据：光谱仪采集的四组数据，分别是:红色灌木光谱、绿色灌木光谱、乔木光谱、草坪光谱各一组（一组20条光谱曲线）实验方法：用光谱仪采集地物光谱曲线，比较法。
2 实验过程2.1 实验流程选取合适地物——>用光谱仪采集地物波谱——>处理采集光谱——>比较分析采集数据与已知对应曲线——>分析比较同种类别不同地物的光谱曲线——>不同类别的采集数据进行比较分析。
2.2 采集地物波谱1．仪器的连接及软件启动将光谱仪、扫描探头与电脑连接好后，第一次使用时会有一个硬件的安装向导，安装完成后运行。
软件打开如下图首先使用File/Start New Experiment创建一个工程，根据需要对其进行命名，默认扩展名。
2．相关参数的设置在Setup菜单中调整Smoothing参数3．获取参考光谱，用以优化有关参数设置将光纤探头对准标准白板，点击S按钮，进入Scope模式；点击start按钮，获得参考光谱，此处的参考光谱用于辅助优化光谱仪相关参数。
4．系统参数的优化为避免气象条件对光谱仪造成的影响，应先针对当前的天气状况，对系统参数进行一定程度的优化。
点击菜单栏上的按钮转换到光谱图模式(Scope mode)，再按按钮，系统便会自动调整积分时间和用于光谱平均的次数，也可根据具体情况，进行手动设置。
2.3 光谱简要处理利用ViewSpec Pro软件对光谱进行显示，对光谱分组进行均值处理，最后将这几组间求均值，用来之后的光谱数据分析，分析过程如下图2.4 光谱谱数据分析通过对光谱的简单处理，得到如下的结果：红色灌木绿色灌木乔木草坪可见曲线的趋势基本都吻合植被的光谱曲线，其中绿色灌木，乔木和草坪与绿色植物的已知光谱曲线基本相吻合，1）对绿光（0.55左右）有一小的反射峰值，反射率大致为20%，这是绿色植物呈现绿色的原因。
典型地物反射波谱测量与特征分析
典型地物反射波谱测量与特征分析(共21页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--典型地物反射波谱测量与特征分析一、实验目的与要求1.实验意义：（1）对光谱测量仪器的认识： ASD野外光谱分析仪 FieldSpecPro是一种测量可见光到近红外波段地物波谱的有效工具，它能够快速扫描地物，光线探头在毫秒内得到地物的单一光谱。
FieldSpec分光仪主要由附属手提电脑，观测仪器，手枪式把手，光线光学探头以及连接数据线组成。
通过连接电脑，可实时持续显示测量光谱，使得测量者可以即时获取需要的测量数据。
（2）对课堂内容的认识：地物反射光谱是指某种物体的反射率或反射辐射能随波长变化的规律，以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得到的曲线即为反射波谱特性曲线。
影响地物波谱变化的因素：太阳位置（太阳高度角和方位角）。
不同的地理位置，海拔高度不同。
时间、季节的变化。
地物本身差异、土壤含水量、植被病虫害。
2.实验目的：（1）地物波谱数据获取需要使用地面光谱仪，通过该实验学会地面光谱仪的原理与使用方法。
（2）通过对地物光谱曲线分析，比较相异与相似地物反射光谱特征。
认识并掌握典型地物反射光谱特征。
二、实验内容与方法1.实验内容（1）典型地物反射波谱测量选择典型地物类型，使用地物光谱仪，开展地物光谱测量，获得典型地物可见光近红外波段（微米）的反射光谱曲线。
地物类型：植被（草地、灌丛），水体（不同水深，有无植被），土壤（裸土、有少量植被覆盖土壤），不透水地面（水泥地面、沥青路面、大理石地面）。
（2）地物波谱特征分析a)标准波谱库浏览b)波谱库创建c)高光谱地物识别从标准波谱库选择端元进行地物识别自定义端元进行地物识别2.实验方法（1）ASD光谱仪简介FieldSpec Pro型光谱仪是美国分析光谱设备(ASD)公司主要的野外用高光谱测量设备。
整台仪器重量公斤，可以获取350~2500nm 波长范围内地物的光谱曲线，探测器包括一个用于350-1000nm的512像元NMOS硅光电二极管阵列, 以及两个用于1000-2500nm的单独的热电制冷的铟-镓-砷光电探测器。
地物光谱实验报告实验内容
地物光谱实验报告实验内容如下：
1.实验目的：学习地物光谱的测定方法，认识地物光谱反射率的
规律，掌握绘制地物反射光谱曲线的方法。
2.实验原理：利用电磁辐射和各地物光谱特征进行测定。
3.实验步骤：
•选择测量目标和环境，记录基本信息。
•安装仪器，开始测试。
•记录测量数据，计算平均值。
4.注意事项：
•选择无严重大气污染，光照稳定，无卷云或浓积云，风力小级的环境。
•避开阴影和强反射体的影响。
•取样时选择物体自然状态的表面作为观测面，被测目标面要充满视场。
•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。
地物光谱仪的使用说明流程
地物光谱仪的使用说明流程1. 简介地物光谱仪是一种用于采集和分析地物特征的仪器，主要用于测量地表物体在不同波长下的反射光谱。
本文档将介绍地物光谱仪的使用说明流程，包括仪器准备、数据采集、数据分析等内容。
2. 仪器准备在开始使用地物光谱仪之前，需要进行仪器准备工作，包括以下几个步骤：•检查仪器完整性：确保地物光谱仪的各个部件完好无损，并检查电源是否充足。
•校准仪器：使用标准参照物对地物光谱仪进行校准，确保准确采集和分析数据。
•连接电源：将地物光谱仪正确连接到电源，确保正常供电。
3. 数据采集地物光谱仪主要用于采集和记录地物反射光谱数据，以下是数据采集的步骤：•选择采集场地：选择一个代表性的采集场地，并确保该场地不受外界光线干扰。
•设置仪器参数：根据采集场地的需求，设置地物光谱仪的参数，包括波段范围、采样速度等。
•稳定仪器：在开始采集数据之前，确保地物光谱仪处于稳定状态，以减少误差。
•采集数据：按照预定的采样路径和时间，在采集场地上进行数据采集。
每次采集时，需保持仪器与地物保持一定距离和角度，以获得准确的反射光谱数据。
•记录数据：数据采集过程中，及时记录和保存每个采集点的数据，以备后续分析使用。
4. 数据分析采集到的地物光谱数据需要进行进一步的分析，以获取有效的地物特征信息。
以下是数据分析的步骤：•数据预处理：对采集到的原始数据进行预处理，包括去除噪声、修正光照差异等，以提高数据质量。
•光谱曲线绘制：根据预处理后的数据，绘制地物的光谱曲线，以分析地物的反射率和吸收率等特征。
•特征提取：通过对光谱曲线的分析，提取地物的特征参数，如峰值位置、峰值强度等，用于地物分类和鉴定。
•数据可视化：利用数据可视化工具，将地物光谱数据转化成图形或图像，以更直观地展示地物特征。
5. 数据应用地物光谱仪的数据应用广泛，以下是一些常见的应用领域：•植被监测：利用地物光谱仪的数据，可以监测和分析植被的健康状况和生长状态。
•土地利用：通过对地物光谱数据的分析，可以判断土地的类型和利用状况，为土地规划和管理提供参考依据。
地物光谱;
地物光谱;
地物光谱是指地球上不同地物（如植被、水、土壤、人造结构等）对特定波长范围内的光的吸收和反射特性。
地物光谱可以用来研究和识别地表上的不同地物类型，例如利用植被光谱可以分析植被的健康状况和类型，利用水体光谱可以监测水质和水体类型等。
地物光谱可以通过使用光谱仪或遥感方法获取。
光谱仪可以测量不同波长上的光强度，得到光谱曲线。
在遥感过程中，可通过航空遥感或卫星遥感技术，获取大范围地表的光谱信息，然后通过光谱分析和数据处理等方法来推断不同地物类型。
地物光谱的特征主要由地物的物理、化学和生物特性决定，不同地物因其成分和结构的差异而表现出不同的光谱特征。
例如，绿色植被在可见光区域具有高的反射率，而水体则在近红外波段吸收较大，土壤和岩石对不同波长的光反射率也有所不同。
地物光谱在许多领域都有广泛应用，例如农业、环境监测、地质勘探、城市规划等。
通过对地物光谱的研究，可以提供重要的信息来理解地球表面的特征和变化，并为相关领域的决策和管理提供依据。
各典型地物的光谱曲线
常见地物的光谱曲线比较
不同地物的反射光谱曲线 不同，从图中我们可以看 出： 0.4~0.5 μm波段的相片可 以把雪和其他地物区分开； 0.5~0.6 μm波段的相片可 以把沙漠和小麦、湿地区 分开； 0.7~0.9 μm波段的相片， 可以把小麦和湿地区分开。
植物的光谱曲线
可见光波段0.4~0.76 μm 有一个反射峰值，大约 0.55 μm（绿）处，两侧 0.45 μm（蓝）和0.67 μm（红）则有两个吸收 带； 近红外波段0.7~0.8 μm 有一反射陡坡，至1.1 μm附近有一峰值，形成 植被独有特征； 中红外波段1.3~2.5 μm 受植物含水量影响，吸 收率大增，反射率大大 下降
发出的波谱主要以反射太阳辐射为主。太阳辐射到达地面之后， 物体除了反射作用外，还有对电磁辐射的吸收作用。电磁辐射未 被吸收和反射的其余部分则是透过的部分，即： 到达地面的太阳辐射能量＝反射能量＋吸收能量＋透射能量 一般而言，绝大多数物体对可见光都不具备透射能力，而有些物 体如水，对一定波长的电磁波透射能力较强，特别是对0. 45 ~ 0. 56μm的蓝绿光波段，一般水体的透射深度可达10~20 m，清澈 水体可达100 m的深度。 对于一般不能透过可见光的地面物体，波长5 cm的电磁波却有透 射能力，如超长波的透射能力就很强，可以透过地面岩石和土壤。
到达地面的太阳辐射能量反射能量吸收能量透射能量一般而言绝大多数物体对可见光都不具备透射能力而有些物体如水对一定波长的电磁波透射能力较强特别是对体如水对一定波长的电磁波透射能力较强特别是对0各典型地 Nhomakorabea的光谱曲线
常见地物比较光谱曲线 植被光谱曲线 土壤光谱曲线 水体光谱曲线 岩石光谱曲线
地物波谱特征
在可见光与近红外波段，地表物体自身的辐射几乎等于零。地物
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《高光谱遥感》
一、地物反射光谱特征
1.光谱特征概要 • 太阳辐射能到达地表后会发生什么？
到达地面的太阳辐射能量 = 反射能量 + 吸收能量 + 透射能量
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《高光谱遥感》
一、地物反射光谱特征
1.光谱特征概要
• 关于透射 一般来说，绝大多数物体对可见光都不具 备透射能力。
•
自然界中真正 的镜面很少，非常 平静的水面可以近 似认为是镜面.
对可见光而言，其它方向上应该是黑的。
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全站仪棱镜
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《高光谱遥感》
一、地物反射光谱特征
2.反射率和反射光谱 (c)镜面反射和漫反射 • 漫反射
当目标物的表面足够粗糙，以致于它对太阳短波 辐射的反射辐射亮度在以目标物的中心的2π空间中呈 常数，即反射辐射亮度不随观测角度而变，我们称该 物体为漫反射体，亦称朗伯体。
而有些物体，例如水，对一定波长的电磁 波则透射能力较强，特别是0.45～0.56μm的 蓝、绿光波段，一般水体的透射深度可达 10～20m，混浊水体则为1～2m，清澈水体甚至 可透到100m的深度。
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《高光谱遥感》
一、地物反射光谱特征
1.光谱特征概要
• 关于透射 对于一般不能透过可见光的地面物体对波长 5 cm的电磁波则有透射能力，例如，超长波的 透过能力就很强，可以透过地面岩石、土壤。 • 利用这一特性制作成功的超长波探测装置探测 地下的超长波辐射，可以不破坏地面物体而探 测地下层面情况，在遥感界和石油地质界取得 了令人瞩目的成果。 • 微波遥感 嫦娥一号 月壤探测
P P0
100%
不同物体的反射率也不同，这主要取决于 物体本身的性质（表面状况），以及入射电磁 波的波长和入射角度。反射率的范围总是≤1， 利用反射率可以判断物体的性质。
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《高光谱遥感》
一、地物反射光谱特征
2.反射率和反射光谱 (b)物体的反射类型 物体的反射状况根据其表面状况的不同 分为三种：
• 如果 h
8 cos
•两波偏于相抵消，则呈散射为主、粗糙表面。
增大， 增大， 有利于形成光滑表面。 减小， 减小，有利于形成粗糙表面。
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《高光谱遥感》
一、地物反射光谱特征
2.反射率和反射光谱 (d) 瑞利判据分析
引出地表粗糙度的概念：在遥感中一个象元覆 盖的地面面积单元内，相邻一个波长距离的平均高 差 h 。 对于可见光， 在 m 范围内，几乎所有地 物都是粗糙面，而对于微波， 在 cm 到 m 之间， 地物表面呈粗糙与光滑临界状态。
第二章 第2节 地物光谱特征及地面光谱数据采集
《高光谱遥感》
一、地物反射光谱特征 二、典型地物反射波谱特征 三、地物光谱特征采集
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《高光谱遥感》
一、地物反射光谱特征
1.光谱特征概要
• 什么决定了地物的光谱特征？ 回顾物质结构与光谱产生机理，可以看出，地 物光谱特征与地物本身的物理化学特性有关，物质 的微观结构和宏观特性决定着地物的光谱特征。
两波差
（光程差）
相位为完全抵消，差0
为完全相重合，介乎之间差 4
2h cos
4
（相位差）
h
8 cos
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其中：h 为粗糙度； 为光的入射角； 为光波长。
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《高光谱遥感》
一、地物反射光谱特征
2.反射率和反射光谱
(d) 瑞利判据分析
• 如果 h 8 cos 两波偏于相重合，则呈反射为主、光滑表面。
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《高光谱遥感》
一、地物反射光谱特征
2.反射率和反射光谱 (e) 实际物体反射
多数都处于两种理想模型之间，即介于镜面 和朗伯面（漫反射面）之间。一般讲，实际物体 表面在有入射波时各个方向都有反射能量，但大 小不同。 在入射辐照度相同时，反射辐射亮度 的大小既与入射方位角和天顶角有关，也 与反射方向的方位角和天顶角有关。
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《高光谱遥感》
一、地物反射光谱特征
2.反射率和反射光谱 (c)镜面反射和漫反射 • 漫反射
自然界中真正的朗伯面也很少，新鲜的氧化镁 （MgO）、硫酸钡（BaSO4）、碳酸镁（MgCO3）表面， 在反射天顶角≤45o时，可以近似看成朗伯面。
严格讲只有黑体才是真正的朗伯体。
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镜面反射
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实际物体 反射
漫反射
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《高光谱遥感》
一、地物反射光谱特征
2.反射率和反射光谱 (c)镜面反射和漫反射 • 镜面反射
是指物体的反射满足反射定律。入射波和反 射波在同一平面内，入射角与反射角相等。
• 当镜面反射时， 如果入射波为平行入 射，只有在反射波射 出的方向上才能探测 到电磁波，而其他方 向则探测不到.
《高光谱遥感》
一、地物反射光谱特征
2.反射率和反射光谱 (d) 瑞利判据分析 —瑞利判据 目的：判断物体表面对特定光到底是那 种反射主导。
思考：从哪里入手进行判断、如何判断？
决定反射状况的宏观因素：
表面状况 粗糙度
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《高光谱遥感》
一、地物反射光Βιβλιοθήκη 特征2.反射率和反射光谱 (d) 瑞利判据分析 • 根据表面光滑或粗糙
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《高光谱遥感》
一、地物反射光谱特征
1.光谱特征概要
在物体反射、吸收、透射等物理性质中， 使用最普遍最常用的仍是反射这一性质，也是 本节的主要内容。
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《高光谱遥感》
一、地物反射光谱特征
2.反射率和反射光谱 (a)反射率 物体反射的辐射能量Pρ占总入射能量P0 的百分比，称为反射率ρ ：
漫反射又称朗伯(Lambert)反射，也称各向同性反射。
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《高光谱遥感》
一、地物反射光谱特征
2.反射率和反射光谱 (c)镜面反射和漫反射 • 漫反射
特点：整个表面都均匀地向各向反射入射光，不 论入射方向如何，反射方向是“四面八方”。
设平面的总反射率为ρ，某一方向上的反射 因子为ρ’，则： ρ=πρ’ ρ’为常数，与方向角或高度角无关。 也就是把反射出来的能量分散到各个方向， 因此从某一方向看反射面，其亮度一定小于镜面 反射的亮度。
θi θr
L.Rayleigh提出表面为光滑或粗糙的标准为：
•当 h cos 8 •当 h cos 8
为光滑表面 为粗糙表面
镜面反射
漫反射
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方向反射
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《高光谱遥感》
一、地物反射光谱特征
2.反射率和反射光谱 (d) 瑞利判据分析
h
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粗糙度推导示意图