水稻氮素营养高光谱遥感诊断模型

高光谱遥感综述

高光谱遥感及其发展与应用综述 摘要：高光谱遥感是20世纪80年代兴起的新型对地观测技术。文中归纳了高光谱遥感技术波段多、波段宽度窄，光谱分辨率高，数据量大、信息冗余，“图谱合一”等特点，具有近似连续的地物光谱信息、地表覆盖的识别能力极大提高、地形要素分类识别方法灵活多样、地形要素的定量或半定量分类识别成为可能等优势，简单介绍了高光谱遥感在国外及国内的发展情况。在此基础上，概述了高光谱遥感在地质矿产、植被生态、大气科学、海洋、农业等领域的应用。 关键词：高光谱遥感；发展；应用 1高光谱遥感 高光谱分辨率遥感是指利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体获取有关数据。它的基础是测谱学。测谱学早在20世纪初就被用于识别分子和原子及其结构，20世纪80年代才开始建立成像光谱学。它是在电磁波谱的紫外、可见光、近红外和中红外区域，获取许多非常窄且光谱连续的图像数据的技术。成像光谱仪为每个象元提供数十至数百个窄波段光谱信息，能产生一条完整而连续的光谱曲线。 1.1高光谱遥感的特点 （1）波段多，波段宽度窄。成像光谱仪在可见光和近红外光谱区内有数十甚至数百个波段。与传统的遥感相比，高光谱分辨率的成像光谱仪为每一个成像象元提供很窄的(一般<10nm) 成像波段，波段数与多光谱遥感相比大大增多，在可见光和近红外波段可达几十到几百个，且在某个光谱区间是连续分布的，这不只是简单的数量的增加，而是有关地物光谱空间信息量的增加。 （2）光谱响应范围广，光谱分辨率高。成像光谱仪响应的电磁波长从可见光延伸到近红外，甚至到中红外。成像光谱仪采样的间隔小，光谱分辨率达到纳米级，一般为10nm左右。精细的光谱分辨率反映了地物光谱的细微特征。 （3）可提供空间域信息和光谱域信息，即“谱像合一”，并且由成像光谱仪得到的光谱曲线可以与地面实测的同类地物光谱曲线相类比。在成像高光谱遥感中，以波长为横轴，灰度值为纵轴建立坐标系，可以使高光谱图像中的每一个像元在各通道的灰度值都能产生1 条完整、连续的光谱曲线，即所谓的“谱像合一”。（4）数据量大，信息冗余多。高光谱数据的波段众多，其数据量巨大，而且由于相邻波段的相关性高，信息冗余度增加。 （5）数据描述模型多，分析更加灵活。高光谱影像通常有三种描述模型：图像模型、光谱模型与特征模型。 1.2高光谱的优势 高光谱遥感的光谱分辨率的提高，使地物目标的属性信息探测能力有所增强。因此，较之全色和多光谱遥感，高光谱遥感有以下显著优势: (1)蕴含着近似连续的地物光谱信息。高光谱影像经过光谱反射率重建，能获取地物近似连续的光谱反射率曲线，与地面实测值相匹配，将实验室地物光谱分析模型应用到遥感过程中。 (2)地表覆盖的识别能力极大提高。高光谱数据能够探测具有诊断性光谱吸收特征的物质，能够准确区分地表植被覆盖类型、道路的铺面材料等。

浅谈植物氮素营养诊断与防治

作物氮素营养的诊断方法与防治 卢未兰国土资源与环境学院资环081 摘要：氮素是作物生长发育和产量形成所必需的营养元素。作物在适量的氮素供应下才能保持健康的生长发育。本文在简述氮素的营养功能，缺氮及氮素过多表现同时，提出当前的一些氮素诊断方法，针对诊断结果给出相应防治措施，对于农业可持续发展和生态环境保护具有重要意义。 关键字：氮素营养、诊断方法、措施 引言 俗话说得好：“庄稼一枝花，全靠肥当家。”可见肥料在农业中的作用巨大。其中氮素是作物生长发育不可缺少的营养元素之一，在作物体内全氮含量约为干重的0、3%~5、0%[1]。氮素是作物体内许多重要有机化合物的组分，如蛋白质、核酸、叶绿素、酶、维生素、生物碱等。还是遗传物质的基础[2]。在生产中，缺氮时，作物地上部和根系生长都显著受到抑制，繁殖器官的形成发育也受到限制，植株提前成熟，种子和果实小而不充实，显著影响作物的产量和品质。相反地，增施氮肥可以提高作物产量和改善作物产品品质[3、4]，因此氮肥投入量逐年增加。随着氮肥施用的大量增加，氮肥利用率逐渐降低，而损失的氮素大部分进入地下水和地表水，造成地下水和地表水中硝态氮不断增加，从而引起水体富营养化，造成一系列环境问题如水资源和水产资源遭受到严重破坏，随着使用价值降低，水处理的成本提高，甚至会威胁人类的健康[5、6]。因此，了解作物的氮素状况和诊断养分的丰缺程度，据此来指导我们合理施肥，进行科学的施肥管理措施，既在合理利用资源的同时，提高了作物产量、改善品质，在保护环境上也有重要意义。本文就氮素营养及诊断方法做出简要介绍，供大家参考。 1氮素的营养功能及吸收 氮素的营养功能主要包括四个方面：蛋白质的重要组分；核酸和核蛋白的成分；叶绿素的组分元素；还是许多酶的组分，例如张洋等[7]研究得出：不施氮处理，子粒产量、硝酸还原酶的活性、叶水势、叶绿素含量明显降低，而施氮后明显提高。 植物吸收利用的氮素主要是铵态氮和硝态氮。低浓度的亚硝酸盐也能被植物吸收，但浓度较高时则对植物有害。由于亚硝酸盐在土壤中的数量很少，无实际意义。某些可溶性的有机含氮化合物，如氨基酸、酰胺和尿素，也能被植物所吸收，但数量有限，在旱地农田中，硝态氮是作物的主要氮源。由于土壤这种的铵态氮经硝化作用可转变为硝态氮。所以作物吸收的NO3--N常多于NH4+-N[2]。 2作物缺氮症状和供氮过多的危害 2.1作物缺氮表现 当作物叶片出现淡绿色和黄色时，即表示作物有可能缺氮。作物缺氮时，由于蛋白质合成受阻，导致蛋白质和酶的数量下降。同时，因叶绿体结构遭破坏，叶绿素合成减少而使叶片变黄。与此同时，作物光和作用下降，光和产量不足，这些变化使植物生长过程延缓。 在苗期：由于作物细胞分裂减慢，苗期植株生长受阻而显得矮小、瘦弱，叶片薄而小。禾本科作物表现为分蘖少，茎秆细长；双子叶植物则表现为分枝少。到了后期，若继续缺氮，禾本科作物则表现为穗粒少，籽粒不饱满，并易出现早衰而导致产量下降。由于许多作物在缺氮时，自身能把衰老的叶片中的蛋白质分解，释放出氮素并运往新生叶片中供利用。这表明氮素是可以再利用的元素，故缺氮时的显著特征是植株下部叶片首先褪绿发黄，然后逐渐向上部叶片扩展。例如水稻缺氮时植株矮小，分蘖少，叶片小，呈黄绿色，黄叶从叶尖开始至中脉，再扩展到全部叶片，稻穗短小，提早成熟。但在缺氮不是分严重时，一般结实良好，谷草比提高，成熟提早，抗病能力增强，体内物质运输正常，熟色良好，常表现青秆黄熟。 2.2氮素过多表现 供应充足的氮素能促使植物叶片和茎加快生长，然而必须有适量的磷钾和其他必需元素的存在，否则

高光谱遥感技术的介绍及应用

高光谱遥感技术的介绍及应用． 高光谱遥感技术的介绍及应用 在20世纪，人类的一大进步是实现了太空对地观测，即可以从空中和太空对人 类赖以生存的地球通过非接触传感器的遥感进行观测。最近几十年，随着空间技术、计算机技术、传感器技术等与遥感密切相关学科技术的飞速发展，

遥感正在进入一个以高光谱遥感技术、微波遥感技术为主要标志的时代。本文 简要介绍了高光谱遥感技术的特点、发展状况及其在一些领域的应用。 1 高光谱遥感简介 1.1高光谱遥感概念 所谓高光谱遥感，即高光谱分辨率遥感，指利用很多很窄的电磁波波段（通常 <10nm）从感兴趣的物体获取有关数据；与之相对的则是传统的宽光谱遥感，通常>100nm，且波段并不连续。高光谱图像是由成像光谱仪获取的，成像光谱仪 为每个像元提供数十至数百个窄波段光谱信息，产生一条完整而连续的光谱曲线。它使本来在宽波段遥感中不可探测的物质，在高光谱中能被探测。 高光谱遥感技术是近些年来迅速发展起来的一种全新遥感技术，它是集探测器技术、精密光学机械、微弱信号检测、计算机技术、信息处理技术于一体的综合性技术。在成像过程中，它利用成像光谱仪以纳米级的光谱分辨率，以几十或几百个波段同时对地表地物像，能够获得地物的连续光谱信息，实现了地物空间信息、辐射信息、光谱信息的同步获取，因而在相关领域具有巨大的应用价值和广阔的发展前景。 1.2高光谱遥感数据的特点

同其他常用的遥感手段相比 ,成像光谱仪获得的数据具有以下特点: 1）、多波段、波段宽度窄、光谱分辨率高。波段宽度 < 10 nm ，波段数较多光谱遥感(由几个离散的波段组成)大大增多，在可见光和近红外波段可达几十到几百个。如 AVIRIS在 0. 4～214 波段范围内提供了224 个波段。研究表明许多这是传统的多光谱等。40 nm～20地物的吸收特征在吸收峰深度一半处 的宽度为 遥感技术所不能分辨的(多光谱遥感波段宽度在 100～200 nm 之间)，而高光 谱遥感甚至光谱分辨率更高的超光谱遥感却能对地物的吸收光谱特征进行很好的识别，这使得过去以定性、半定量的遥感向定量遥感发展的进程被大大加快。另外，在成像高光谱遥感中，以波长为横轴，灰度值为纵轴建立坐标系，可以 使高光谱图像中的每一个像元在各通道的灰度值都能产生一条完整、连续的光谱曲线，即所谓的“谱像合一”，它是高光谱成像技术的一大特点。 2）、由于波段众多，波段窄且连续，相邻波段具有很高的相关性，使得高光数据

高光谱遥感在农作物病虫害监测上的应用

高光谱遥感在农作物病虫害监测上的应用高光谱遥感在农作物病虫害监测上的应用高光谱遥感用于病虫害监测的原因高光谱遥感监测农作物病虫害原理和方法 当前遥感监测农作物病虫害的缺陷 未来的展望 农作物病虫害是农业生产上的重要生物灾害，是制约高产、优质、高效益农业持续发展的主导因素之一。据联合国粮农组织估计，世界粮食生产因病虫害常年损失24%;棉花因病虫害常年损失28%。中国是农业大国，每年因病虫害造成的损失与上述统计大致相当。 为了有效地防治病虫害，首先必须及时、准确掌握病虫的发生发展情况。在人类历史的很长时间内，受当时生产条件和科技水平的限制，人们只能在实地用目测手查的方法观察有无病虫害发生及其危害程度，或用捕捉虫蛾等办法判断病虫害爆发的可能性。这些传统的监测方法费时费力不说，其获取信息的滞后性还严重影响病虫预报准确率。为了提高病虫害监测的精度和水平，采用高科技手段，特别是遥感监测已成为病虫害监测的重要研究方向。 高光谱遥感监测农作物病虫害的原理 健康绿色植物的光谱特征主要取决于它的叶子。在可见光谱波段内,植物的光谱特性主要受叶绿素的影响。由于在以450nm为中心的蓝波段以及670nm为中心的红波段的叶绿素强烈吸收辐射能而成吸收谷。叶片的反射率和透射率很低, 在两谷之间吸收相对减少,形成绿色反射峰, 简称“绿峰”,在视觉表现为绿色。当植物生长健康, 处于生长期高峰, 叶绿素含量高时,“绿峰”向蓝光方向偏移, 而植物因病虫危害或缺素而“失绿”时，“绿峰”则向红光方向偏移。

在近红外波段绿色植物的光谱作用取决于叶片内部的细胞结构。当植物受病害侵害时, 叶片组织的水分代谢受到阻碍,此后随着病虫害危害的加重,植物细胞结构遭到破坏，各种色素的含量也随之减少，导致叶片对近红外辐射的反射能力减少。在光谱特征上表现为可见光区(400~700nm)反射率升高而近红外区(720~1100nm)反射率降低。近红外区研究的重点是“红边”。“红边”的定义是反射光谱的一阶微分的最大值对应的光谱位置(波长),通常位于(680~750)之间。“红边”位置依据叶绿素含量、生物量和物候变化, 沿波长轴方向移动。当叶绿素含量高、生长活力旺盛时“红边”会向红外方向偏移;当植物由于感染病虫害或因污染、物候变化而“失绿”时, 则“红边”会向蓝光方向移动。 研究发现近红外部分反射率的改变是发生在可见光部分的反射率发生改变之前的。这是因为在这段时间内,细胞组织中的叶绿素的数量和质量还没有发生改变。 由此可见红外波段的光谱特征的变化早于人用肉眼观测到的病虫危害, 这对于病虫害的早期调查和预报具有极其重大的意义。 高光谱遥感监测农作物病虫害的技术流程 ? 地面光谱获取加农学采样 ? 分析生化参量，农学参量和光谱特征 ? 病虫害光谱诊断模型的建立，验证 ? 高光谱影像的病虫害反演 ? 病虫害波谱库数据 ? 建立病虫害诊断专家系统，发布信息 以冬小麦为例 一( 首先建立试验组和对照组，给试验组采取喷雾法接种条锈病菌。 二( 显症后我们在小麦挑旗期、抽穗期、灌浆期和成熟期分别测量冠层光谱参数、色素含量、病情指数。从而获取高光谱变量特征参数。

高光谱遥感技术及发展

遥感技术与系统概论 结课作业 高光谱遥感技术及发展

高光谱遥感技术及发展 摘要：经过几十年的发展，无论在遥感平台、遥感传感器、还是遥感信息处理、遥感应用等方面，都获得了飞速的 发展，目前遥感正进入一个以高光谱遥感技术、微波遥感技 术为主的时代。本文系统地阐述了高光谱遥感技术在分析技 术及应用方面的发展概况，并简要介绍了高光谱遥感技术主 要航空/卫星数据的参数及特点。 关键词：高光谱，遥感，现状，进展，应用 一、高光谱遥感的概念及特点 遥感是20 世纪60 年代发展起来的对地观测综合性技术，是指应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术[1]。所谓高光谱遥感，即高光谱分辨率遥感，指利用很多很窄的电磁波波段（通常<10nm）从感兴趣的物体获取有关数据；与之相对的则是传统的宽光谱遥感，通 常>100nm，且波段并不连续。高光谱图像是由成像光谱仪获取的，成像光谱仪为每个像元提供数十至数百个窄波段光谱信息，产生一条完整而连续的光谱曲线。它使本来在宽波段遥感中不可

探测的物质，在高光谱中能被探测。 同其它传统遥感相比，高光谱遥感具有以下特点： ⑴波段多。成像光谱仪在可见光和近红外光谱区内有数十甚至数百个波段。 ⑵光谱分辨率高。成像谱仪采样的间隔小，一般为10nm 左右。精细的光谱分辨率反映了地物光谱的细微特征。 ⑶数据量大。随着波段数的增加，数据量呈指数增加[2]。 ⑷信息冗余增加。由于相邻波段的相关性高，信息冗余度增加。 ⑸可提供空间域信息和光谱域信息，即“图谱合一”，并且由成像光谱仪得到的光谱曲线可以与地面实测的同类地物光谱曲线相类比。近二十年来，高光谱遥感技术迅速发展，它集探测器技术、精密光学机械、微弱信号检测、计算机技术、信息处理技术于一体，已成为当前遥感领域的前沿技术。 二、发展过程 自80 年代以来，美国已经研制了三代高光谱成像光谱仪。1983 年，第一幅由航空成像光谱仪

高光谱遥感

高光谱遥感

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高光谱遥感的基本概念 高光谱遥感器及平台简介 高光谱遥感技术 高光谱应用概况

高光谱遥感的基本概念
? 高光谱分辨率（简称为高光谱）遥感或成像光 谱遥感技术的发展是过去二十年中人类在对地 观测方面所取得的重大技术突破之一，是当前 遥感的前沿技术。它是指利用很多很窄的电磁 波波段获取许多非常窄且光谱连续的图像数据 的技术，融合了成像技术和光谱技术，准实时 地获取研究对象的影像和每个像元的光谱分布。

国际遥感界认为光谱分辨率在10-1λ数量级范围内的为多 光谱(Multispectral)，这样的遥感器在可见光和近红外光谱区 只有几个波段，如美陆地卫星TM和法国SPOT卫星等; 光谱分 辨率在10-2λ的遥感信息称之为高光谱(Hyperspectral)遥感。由 于其光谱分辨率高达纳米(nm)数量级，往往具有波段多的特 点，即在可见到近红外光谱区其光谱通道多达数十甚至超过 100以上。随着遥感光谱分辨率的进一步提高，在达到10-3λ 时，遥感即进入了超高光谱(Ultraspectral)阶段 、
光谱区域（nm） ： 400 700 1100 2500 5500 14000
VIS VNIR
PIR
MIR
Sunlight 光谱分辨率 波段数 多光谱 高光谱 5-10 100-200 Δλ/λ 0.1 0.01 VNIR 50-100 5-20
IRT
MIR 100-200 10-50
IRT 1000-2000 100-500

高光谱遥感图像研究意义及现状

高光谱遥感图像研究意义及现状 1研究高光谱遥感图像的意义 (1) 2高光谱遥感图像分类以及其基本现状 (2) 2.1图像预处理 (3) 2.2定义感兴趣地物类别并标记训练样本 (3) 2.3特征提取与特征选择 (4) 2.4分类判决 (4) 1研究高光谱遥感图像的意义 遥感图像是按一定比例尺,客观真实地记录和反映地表物体的电磁辐射的强弱信息,是遥感探测所获得的遥感信息资料的一种表现形式，因此遥感技术应用的核心问题是根据地物辐射电磁辐射强弱在遥感图像上表现的特征,判读识别地面物体的类属及其分布特征。遥感图像特征取决于遥感探测通道、地物光谱特征、大气传播特征及传感器的响应特征等因素。只要了解这些因素对遥感图像特征的影响，则可按图像特征判读地面物体的属性及其分布范围，实现遥感图像的分类识别。 高光谱遥感图像是一种高维图像，可反映地物的空间信息和光谱信息，其数据量庞大。随着传感器的不断更新，人们已经可以在不同的航空、航天遥感平台上获取不同时空间分辨率和光谱分辨率的遥感影像。高光谱遥感与以往遥感技术相比，具有图谱合一的特征和从可见光到红外甚至热红外的一系列波段，是一种综合性的遥感技术手段。特别是在地面的信息比较微弱的情况下，高光谱遥感具有识别微弱信息和定量探测的优势。 发展高光谱遥感技术，满足军事和民用对该技术的需求，开展该领域的研究是非常必要而有实际意义的。发展以地物精确分类、地物识别、地物特征信息提取为目标的超光谱遥感信息处理模型，提高超光谱数据处理的自动化和智能化水平。 高光谱遥感技术将确定物质或地物性质的光谱与揭示其空间和几何关系的图像结合在一起，而许多物质的特征往往表现在一些狭窄的光谱范围内，高光谱遥感实现了获取地物的光谱特征同时又不失其整体形态及其与周围地物的关系。 高光谱技术产生的一组图像所提供的丰富信息可以显著地提高数据分析的质量、细节性、可靠性以及可信度，可有效地用于地物类型的像素级甚至亚像素级识别，己广泛应用于地质勘探与地球资源调查、城市遥感与规划管理、环境与

氮素营养诊断方法的应用现状及展望

第7卷　第1期2003年3月 石河子大学学报(自然科学版) Journal of Shihezi University(Natural Science) Vol.7　No.1 Mar.2003 文章编号:100727383(2003)0120080204 氮素营养诊断方法的应用现状及展望Ξ 李俊华,董志新,朱继正 (石河子大学新疆作物高产研究中心,新疆石河子832003) 摘要:阐述了土壤、植物氮素营养诊断方法的原理、优缺点及其应用情况,提出应用高光谱遥感和叶绿素荧光进行氮素营养诊断的可能性,并对完善氮素营养诊断方法和拓宽诊断内容提出了见解。 关键词:土壤;植物;氮素;营养诊断;高光谱遥感;叶绿素荧光 中图分类号:S158.3 文献标识码:A 对于植物营养及诊断的研究已经做了大量的工作,氮素是植物必需的三大营养元素之一,而且在土壤、植株快速测试推荐施肥技术体系中,氮肥的推荐是核心[1]。因此,国内外许多学者对氮素营养诊断进行了研究,现将氮素营养诊断方法综述如下。 1　土壤氮素诊断 植物对氮素的吸收主要是通过根系从土壤中获得,氮肥的施用也主要是针对土壤而进行,因此,土壤氮素的丰缺就直接反映到植株的氮素营养状况,反映土壤氮素的指标有土壤全氮、有效氮和土壤无机氮。 1.1　土壤全氮诊断 土壤全氮能反映土壤总的供氮状况,是衡量土壤氮素基础肥力的指标。土壤全氮量变化很小,测定方法成熟,测定结果可靠,但一般操作费时、繁琐,与作物生长的相关性较差,应用受到限制[2]。 1.2　土壤有效氮诊断 土壤有效氮包括无机的矿物态氮和部分有机质中易分解的、比较简单的有机态氮,它能反映土壤近期内氮素供应的状况。测定土壤有效氮的方法很多,但迄今尚无一个可靠通用的方法。生物培养法测定土壤有效氮方法较繁,需要时间长,但测出的结果与作物生长有较高的相关性;化学分析方法测定土壤有效氮快速、简便,但只能模拟估计土壤有效氮的供应。化学分析方法有2种:酸水解和碱水解。酸水解对有机质含量高的酸性土比较合适,测定结果与作物有良好的相关性;碱水解操作较为简便,结果的再现性也较好,它不仅能测出土壤的供应强度,也能反映氮的供应容量和释放速率。 1.3　土壤无机氮诊断 目前,广泛应用的N2min(土壤剖面无机氮测试)方法是在Wehrmann及其小组20世纪70年代工作上发展而来的氮素诊断方法[1]。此方法如在播种前进行,应根据不同作物确定采取土样深度。我国研究认为,小麦取0～80cm,玉米取0～100cm土样,分析其无机氮总量,再根据作物的目标产量确定施氮量。如在作物生长一段时期后采样,取表土0～30cm土壤进行硝态氮测试来确定追氮量,此时前茬残留物、土壤有机质已开始矿化,而主要淋洗危险已经过去,因此土壤无机氮的测定值和作物产量的相关性较好[1]。目前,应用土壤0～30cm硝态氮速测法进行氮素营养诊断已逐渐成为简便快捷的测试技术。 2　植物氮素营养诊断 植物氮素营养诊断的研究和应用起始于19世纪,到20世纪50年代,症状诊断和化学诊断在理论 Ξ收稿日期:2002203219 作者简介:李俊华(19722),男,讲师,硕士生,从事植物营养研究。

高光谱遥感在土壤重金属含量监测中的应用

一、基于高光谱的土壤重金属铜的反演研究 2. 1 土壤样品的采集 选取江西省余江县( 11655E, 2815N)和泰和县( 11504E, 2644N) 采集土壤样本, 该地区属中亚热带典型红壤丘陵区, 气候温和多雨,年平均温度为17. 6 , 年降水量为1 795 mm。研究共采集0~ 20 cm 土层土壤样品34 个, 其中余江县采集不同作物条件下样品22 个, 泰和县采集样品12 个。采集的土壤样品覆盖了林地、草地、花生地、油菜地、果园等典型农业土地利用类型。土壤样品经风干、磨碎, 而后过20 目筛。研究将每个样品分成两份, 分别用于化学分析和光谱测量。 2. 2 土壤光谱的测定 采用ASD Field SpecPro FR 型地物光谱仪, 室内光谱测试条件为: 光源为1 000 W 的卤素灯, 5视场角, 光源照射方向与垂直方向夹角为15, 光源距离为30 cm, 探头距离为15 cm, 置于土壤表面的垂直上方。测试之前先以白板进行定标, 获取绝对反射率。每个土样测得10 条 土壤光谱数据预处理可以消减光谱中因受随机因素影响而产生的误差部分。因此, 可利用光谱重采样、一阶微分、光谱倒数的对数等方法对原始反射光谱进行处理。 2. 3. 1 光谱重采样 由于光谱仪在数据输出时对350~ 2 500 nm 的光谱数据进行了1 nm 为间隔的重采样, 总共2 151个波段, 使得原始光谱曲线中相邻波段之间存在信息重合, 导致整个光谱数据冗余, 给分析、处理带来一定困难, 影响处理的效率和结果。因此, 在尽可能维持光谱原有基本特征的前提下, 对光谱数据以10 nm 为间隔进行算术平均运算[ 9] , 处理后的光谱曲线更加平滑的同时仍然维持了原光谱的形状特征( 图2) 。 2. 3. 2 一阶微分 光谱测量容易受观测角度、照度、样品表面粗糙度等诸多因素的影响, 使得光谱数据的信噪

高光谱遥感技术的介绍及应用

高光谱遥感技术的介绍及应用在20世纪，人类的一大进步是实现了太空对地观测，即可以从空中和太空对人类赖以生存的地球通过非接触传感器的遥感进行观测。最近几十年，随着空间技术、计算机技术、传感器技术等与遥感密切相关学科技术的飞速发展，遥感正在进入一个以高光谱遥感技术、微波遥感技术为主要标志的时代。本文简要介绍了高光谱遥感技术的特点、发展状况及其在一些领域的应用。 1 高光谱遥感简介 1.1高光谱遥感概念 所谓高光谱遥感，即高光谱分辨率遥感，指利用很多很窄的电磁波波段（通常<10nm）从感兴趣的物体获取有关数据；与之相对的则是传统的宽光谱遥感，通常>100nm，且波段并不连续。高光谱图像是由成像光谱仪获取的，成像光谱仪为每个像元提供数十至数百个窄波段光谱信息，产生一条完整而连续的光谱曲线。它使本来在宽波段遥感中不可探测的物质，在高光谱中能被探测。 高光谱遥感技术是近些年来迅速发展起来的一种全新遥感技术，它是集探测器技术、精密光学机械、微弱信号检测、计算机技术、信息处理技术于一体的综合性技术。在成像过程中，它利用成像光谱仪以纳米级的光谱分辨率，以几十或几百个波段同时对地表地物像，能够获得地物的连续光谱信息，实现了地物空间信息、辐射信息、光谱信息的同步获取，因而在相关领域具有巨大的应用价值和广阔的发展前景。 1.2高光谱遥感数据的特点 同其他常用的遥感手段相比,成像光谱仪获得的数据具有以下特点: 1）、多波段、波段宽度窄、光谱分辨率高。波段宽度< 10 nm ，波段数较多光谱遥感(由几个离散的波段组成)大大增多，在可见光和近红外波段可达几十到几百个。如A VIRIS在0. 4～214 波段范围内提供了224 个波段。研究表明许多地物的吸收特征在吸收峰深度一半处的宽度为20～40 nm。这是传统的多光谱等

高光谱在遥感技术的应用

高光谱在遥感技术的应用 高光谱遥感技术（Hyperspectral Remote Sensing）的兴起是20世纪80年代遥感技术发展的主要成就之一.作为当前遥感的前沿技术，高光谱遥感在光谱分辨率上具有巨大的优势。，随着高光谱遥感技术的日趋成熟，其应用领域也日益广泛。本文主要阐述高光谱遥感的特点和主要应用。 1 高光谱遥感 孙钊在《高光谱遥感的应用》中提到，高光谱遥感是在电磁波谱的可见光、近红外、中红外和热红外波段范围内，利用成像光谱仪获取许多非常窄的光谱连续的影像数据的技术。 [1]高光谱遥感具有较高的光谱分辨率，通常达到10～2λ数量级。[2] 1.1 高光谱遥感特点 综合多篇关于高光谱的期刊文章，总结高光谱具有如下特点： （1）波段多，波段宽度窄。成像光谱仪在可见光和近红外光谱区内有数十甚至数百个波段。[3]与传统的遥感相比，高光谱分辨率的成像光谱仪为每一个成像象元提供很窄的(一般<10nm) 成像波段，波段数与多光谱遥感相比大大增多，在可见光和近红外波段可达几十到几百个，且在某个光谱区间是连续分布的，这不只是简单的数量的增加，而是有关地物光谱空间信息量的增加。[4] （2）光谱响应范围广，光谱分辨率高。成像光谱仪响应的电磁波长从可见光延伸到近红外，甚至到中红外。[5]成像光谱仪采样的间隔小，光谱分辨率达到纳米级，一般为10nm 左右。精细的光谱分辨率反映了地物光谱的细微特征。 （3）可提供空间域信息和光谱域信息，即“谱像合一”，并且由成像光谱仪得到的光谱曲线可以与地面实测的同类地物光谱曲线相类比。在成像高光谱遥感中，以波长为横轴，灰度值为纵轴建立坐标系，可以使高光谱图像中的每一个像元在各通道的灰度值都能产生1 条完整、连续的光谱曲线，即所谓的“谱像合一”。 （4）数据量大，信息冗余多。高光谱数据的波段众多，其数据量巨大，而且由于相邻波段的相关性高，信息冗余度增加。 （5）数据描述模型多，分析更加灵活。高光谱影像通常有三种描述模型：图像模型、光谱模型与特征模型。 1.2 高光谱遥感的优势 高光谱遥感的光谱分辨率的提高，使地物目标的属性信息探测能力有所增强。因此，较之全色和多光谱遥感，高光谱遥感有以下显著优势:

高光谱应用研究综述

浙江师范大学 研究生课程论文封面 课程名称：遥感理论与技术 开课时间： 2014-2015年第一学期 学院地理与环境科学学院学科专业自然地理学 学号2014210580 姓名张勇 学位类别全日制硕士 任课教师陈梅花 交稿日期2015年1月21日 成绩 评阅日期 评阅教师 签名 浙江师范大学研究生学院制

高光谱遥感应用研究综述 张勇 （浙江师范大学地理环境与科学学院，浙江金华321004） 摘要：高光谱遥感是近二十年发展起来的谱像和一的遥感前沿技术。虽然发展时间不长，但由于其本身的特点，使其获得了广泛的重视和应用。本文阐述了高光谱遥感的特点、优势，以及在航空及航天领域的发展情况，列举了几种典型高光谱成像仪的光学系统原理和主要技术指标。在此基础上，概述了高光谱遥感在植被生态、大气环境、地质矿产、海洋、军事等领域的应用情况。最后对高光谱遥感发展趋势提出了几点建议，包括低反射率目标遥感、高信噪比、高空间分辨率及宽覆盖范围等方面。 关键字：高光谱遥感；应用；成像光谱以；研究综述 Conclusion application of hyperspectral remote sensing Zhang Yong (Geography and environmental sciences, Zhejiang Normal University, Jinhua 321004) Abstract:Hyperspectral remote sensing, developed in the late twenty years, is the advanced technology of remote sensing. Because of its characters, Hyperspectral Remote Sensing has been attached importance to and used widly. The characteristics and advantages of hyperspectral remote sensing, and development situation are presented in the fields of aviation and aerospace. Several typical hyperspectral imager optical system principle and the main technical indicators are particularized. At the same time, the applications with hyperspectral remote sensing in vegetation ecology, atmospheric science ,geology and mineral resources, marine and military fields are summarized. The suggestions for the future development trend of hyperspectral remote sensing are given in the end，including the remote sensing of low reflectivity target, high signal-to-noise ratio, high spatial resolution and wide coverages. Keywords: hyperspectral remote sensing；application；imaging spectrometer 1 引言 遥感是20世纪60年代发展起来的对地观测综合性技术，是指应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术[1]。经过几十年的发展，无论在遥感平台、遥感传感器、还是遥感信息处理、遥感应用等方面，都获得了飞速的发展，目前遥感正进入一个以高光谱遥感技术、微波遥感技术为主的时代。本文系统地阐述了高光谱遥感技术在分析技术及应用方面的发展概况，并简要介绍了高光谱遥感技术主要航空/卫星数据的参数及特点。 1.1高光谱遥感简介 高光谱遥感技术又称为成像光谱技术，是指利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体

用于植物营养诊断的几种光谱仪器比较

用于植物营养诊断的几种便携式光谱仪应用比较 卢艳丽白由路﹡ 农业部作物营养与施肥重点实验室/中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081 利用便携式光谱仪进行植物营养诊断主要是针对氮素营养。这主要是因为氮素是植物施用量最大的营养元素，是影响作物叶片叶绿素含量和作物长势比较敏感的元素。同时，在作物生育期内，氮素是以追肥的形式对作物进行补充的。由此可见，对作物氮素进行诊断具有实际应用价值。尽管化学诊断相对更加准确，但分析操作繁琐，工作量大，田间破坏性大，测定结果滞后。实现在田间适时、相对准确地监测作物的氮素变化动态是光谱技术发展的主要成就，也是相对于症状诊断和化学诊断等其它方法的主要优势。本文针对当前几种在植物营养诊断上应用较广的便携式光谱测定仪的特点、适用范围以及应用情况进行了介绍和比较。为其在生产实践中的应用提供参考。 一、光谱仪分类 便携式光谱仪可以实现野外植被快速、无损氮素营养诊断。可用于野外光谱监测的光谱仪根据各自特点可作如下分类： 1、按照光源分 主动光源：主动光源是指仪器内部自带照明光源，而不是利用太阳光或外界其它人工光源。其最大的优点就是不受时间和天气等因素影响，可随时随地进行测定，主要针对单个叶片的反射或吸收光谱进行测定。 被动光源：即利用外界光源照射目标地物，探头探测和接受地物反射光谱。其优点是不仅可以测定单叶的光谱反射率，也可以测定植被冠层反射光谱。但是野外测定会受外界环境因素影响。 2、按照测定方式分 接触式测定：即直接接触目标物进行测定，通常是针对单叶采用夹持叶片的方式进行测定。这种测定方式都是利用的主动光源。 非接触式测定：即不用接触目标物进行测定，是冠层光谱测定的主要方式，也可以测定单叶。这种方式既有主动光源（如Greenseeker手持式光谱仪），也有被动光源（如ASD Fieldspec FR2500光谱仪）。 3、按照波段数分 双波段光谱仪：顾名思义，是采用2个波段进行设计的光谱仪。目前几种应用在作物营养诊断上的光谱仪均是采用红光和近红外两个光谱区。通过二者不同形式的比值来反映作物的营养状况。 全波段光谱仪：主要指的是波段范围在 350-2500nm，可获得连续光谱曲线和反射率数据的光谱仪。因其波段范围宽、光谱分辨率高，可获取目标信息量大的特点又称其为高光谱仪。通过获取305-2500nm范围内的反射光谱信息，提取植物氮素营养的敏感波段，构建反映氮素营养状况的光谱特征参量。 二、光谱仪介绍 下面以目前在植物营养诊断方面应用比较广泛的几种便携式光谱仪做一概括和比较： 1、基于主动光源非接触式叶片测定光谱仪—SPAD-502叶绿素测定仪 基于主动光源进行叶片无损测定，并且能够指示氮素营养状况的最有代表性的要数日本生产的SPAD-502叶绿素测定仪（Chlorophyll Meter Model SPAD-502）。是当前广泛使用的叶绿素活体测定方法，非常简便。SPAD-502 叶绿素仪通过测量叶片在两种波长光学浓度差方式650nm 和940nm来确定叶片当前叶绿素的相对数量。利用二个LED光源发射二种光，一种是红光(峰波长650nm，对光有较高的吸收且不受胡萝卜素影响)，一种是红外线(940nm，对光的吸收极低)，测量时只需夹住叶片，但由于不同部位SPAD值差异较大，通常一片叶均匀地测定几个点取平均值来代表该叶片的SPAD值。测量值是通过对在二个不同波长区域，叶片传输光的数量进行计算。图1显示了利用SPAD-502叶绿素测定仪获取的SPAD 值对不同施氮水平的响应。

HyMap成像光谱仪系统和高光谱数据应用

HyMap成像光谱仪系统及其应用 1.HyMap成像光谱仪系统简介 HyMap机载成像光谱仪是由澳大利亚集成光电公司(ISPL)研制生产的,投入商业性运营的机载成像光谱仪。经过近5年的发展，它已成为技术较为完善、系统较为配套的新一代使用型航空高光谱成像仪的代表。HyMap于1997年开始应用于商业勘探领域，尤其在地质勘探领域特别是矿物填图方面得到了广泛应用。为了推进成像光谱技术在我国地质找矿中的应用，中国地质调查局于2002年通过租用澳大利亚机载成像光谱仪的方式,开展了新疆东天山地区航空成像光谱飞行、数据获取、数据处理,以及应用研究工作,为澳大利亚机载成像光谱仪引进和成像光谱技术推广应用奠定了基础。并于2012年通过天津中科遥感信息技术有限公司，与澳大利亚集成光电公司(ISPL)签订了HyMap的购买合同。 图1 HyMap成像光谱仪及其获取的影像 2.HyMap成像光谱仪系统的主要组成 HyMap成像光谱仪系统主要有硬件和软件系统组成，其中硬件系统包括： HyMap-C主机，由4个探测器组织,每个探测器有32个通道；以及备用探测器 集成稳定平台（GSM3000） POS（IMU/DGPS）系统 主机和稳定平台之间的PAV30的适配环 定标设备 电子部件和备用电子设备

控制部件、数据传输与存储等部件、存储介质（SSD硬盘） 软件系统包括： 飞行管理系统 数据预处理及几何校正软件 无缝拼接软件 大气校正，光谱重建和矿物提取软件 3.HyMap成像光谱仪的成像模式 HyMap的分光器件为色散型成像光谱仪，其扫描方式为光机旋转式。 光栅色散型成像光谱仪其原理为：入射狭缝位于准直系统的前焦面上，入射的辐射经准直光学系统准直后，经棱镜和光栅狭缝色散后由成像光谱系统将光能按波长顺序成像在探测器的不同位置上。具有一个成45°斜面的扫描镜，在电机的带动下进行360°旋转，其旋转水平轴与遥感平台前进方向平行。 线阵列探测器用于探测任一瞬时视场内目标点的光谱分布。扫描镜的作用对目标表面进行横向扫描，一般空间的第二维扫描（纵向或帧方向扫描）由飞机运动产生。 图2. HyMap成像光谱仪的成像方式 图3. HyMap矿物影像

高光谱遥感数据处理基础

泛函分析概括 高光谱遥感应用中，如何度量光谱间的相似性一直高光谱图象处理的核心问题，因而我们有必要先交代下度量空间的一些概念。 度量空间:所谓度量空间，就是指对偶(,)X d ，其中X 是一个集合，d 是X 上的一个度量（或X 上的距离函数），即d 是定义在X X ?上且对所有,,X ∈x y z 满足以下四条公理的函数： （1） d 是实值、有限和非负的。 （2） 当且仅当=x y 时，(,)0d =x y 。 （3） (,)(,)d d =x y y x （对称性）。 （4） (,)(,)(,)d d d ≤+x y x z z y （三角不等式）。 度量空间给出来空间中元素“距离”的度量，因而使得空间中的元素可比较。但是，仍需要在空间中引入代数结构，使得元素之间可进行代数运算。因而，这里需要引入线性空间。 线性空间：所谓域(K R 或C)上的线性空间是指一个非空集合X ，且其元素,,x y （称为矢量）关于X 和K 定义了两种代数运算。这两种运算分别叫做矢量的加法与标量的乘法。 矢量的加法是，对于X 中的每一对矢量(,)x y ，与其相联系的一个矢量+x y ，叫做矢量之和。按这种方式它还具有下述性质：矢量加法是可交换的和可结合的，即对所有矢量都有 ()()+=+++=++x y y x x y z x y z 此外存在零矢量,X ∈0并对每个矢量x ，存在有-x ，使得对一切矢量有 ()+=+-=x 0x x x 0 矢量与标量的乘法是，对于每个矢量x 和每个标量α，与其相联系的一个矢量αx ，叫做α与x 之积。按这种方式对一切,x y 和标量,,αβ具有

()()1αβαβ==x x x x 和分配律 ()()ααααβαβ+=++=+x y x y x x y 在很多情况下因为线性空间X 上定义了度量d ，所以X 同时也是一个度量空间。然而，如果X 的代数结构与度量没有什么关系的话，我们就不能指望把代数的概念和度量的概念结合在一起。为了保证X 的代数性质与几何性质有如此的关系，我们首先需要引入一个辅助的所谓“范数”的概念，其中要用到线性空间的代数运算。然后再用范数诱导出我们希望的度量d ，这一想法就导出了赋范空间的概念。简单的说，赋范空间把线性空间的代数结构和其作为度量空间的度量紧密结合在一起。 赋范空间:所谓赋范空间X ，就是指在其上定义了范数的线性空间X 。而所谓线性空间X 上的范数，就是指定义在X 上的一个实值函数，它在X ∈x 的值记为x ，并且具有如下性质： （1）0≥x （2）0=?=x x 0 （3）αα=x x （4）+≤+x y x y 其中,x y 是X 中的任意矢量，α为任意标量。 巴拿赫空间：所谓巴拿赫空间就是完备的赋范空间（这里的完备性是按范数定义的度量来衡量的，见下面公式） (,)d =-x y x y ,X ∈x y 此度量叫做由范数所诱导的度量。 由范数所诱导的度量具备以下基本性质: 引理（平移不变性）：在赋范空间X 上，由范数诱导的度量d ，对所有的,X ∈x y 及每个标量α，都满足

简述高光谱遥感及其进展与应用综述

高光谱遥感及其进展与应用综述 摘要：高光谱遥感是20世纪80年代兴起的新型对地观测技术。文中归纳了高光谱遥感技术波段多、波段宽度窄，光谱分辨率高，数据量大、信息冗余，“图谱合一”等特点，具有近似连续的地物光谱信息、地表覆盖的识别能力极大提高、地形要素分类识别方法灵活多样、地形要素的定量或半定量分类识别成为可能等优势，简单介绍了高光谱遥感在国外及国内的发展情况。在此基础上，概述了高光谱遥感在植被生态、大气科学、地质矿产、海洋、农业等领域的应用。 关键词：高光谱遥感；发展；应用 高光谱遥感（Hyperspectral Remote Sensing）的兴起是20世纪80年代遥感技术发展的主要成就之一，是当前遥感的前沿技术。高光谱遥感在光谱分辨率上具有巨大的优势，被称为遥感发展的里程碑。世界各国对此类遥感的发展都十分重视，随着高光谱遥感技术的日趋成熟，其应用领域也日益广泛。本文系统地阐述了高光谱遥感及其发展的概况，并简要介绍了高光谱遥感技术的主要应用。 1 高光谱遥感 孙钊在《高光谱遥感的应用》中提到，高光谱遥感是在电磁波谱的可见光、近红外、中红外和热红外波段范围内，利用成像光谱仪获取许多非常窄的光谱连续的影像数据的技术。[1] 高光谱遥感具有较高的光谱分辨率，通常达到10～2λ数量级。[2] 1.1 高光谱遥感特点 综合多篇关于高光谱的期刊文章，总结高光谱具有如下特点： （1）波段多，波段宽度窄。成像光谱仪在可见光和近红外光谱区内有数十甚至数百个波段。 [3]与传统的遥感相比，高光谱分辨率的成像光谱仪为每一个成像象元提供很窄的(一般<10nm) 成像波段，波段数与多光谱遥感相比大大增多，在可见光和近红外波段可达几十到几百个，且在某个光谱区间是连续分布的，这不只是简单的数量的增加，而是有关地物光谱空间信息量的增加。[4] （2）光谱响应范围广，光谱分辨率高。成像光谱仪响应的电磁波长从可见光延伸到近红外，甚至到中红外。[5]成像光谱仪采样的间隔小，光谱分辨率达到纳米级，一般为10nm左右。精细的光谱分辨率反映了地物光谱的细微特征。 （3）可提供空间域信息和光谱域信息，即“谱像合一”，并且由成像光谱仪得到的光谱曲线可以与地面实测的同类地物光谱曲线相类比。在成像高光谱遥感中，以波长为横轴，灰度值为纵轴建立坐标系，可以使高光谱图像中的每一个像元在各通道的灰度值都能产生1 条完整、连续的光谱曲线，即所谓的“谱像合一”。 （4）数据量大，信息冗余多。高光谱数据的波段众多，其数据量巨大，而且由于相邻波段的相关性高，信息冗余度增加。 （5）数据描述模型多，分析更加灵活。高光谱影像通常有三种描述模型：图像模型、光谱模型与特征模型。 1.2 高光谱遥感的优势