遙感地物光譜實習(xí) 報告

1、遙感地物光譜實習(xí)報告指導(dǎo)老師： 秦 軍 姓 名： 李 丹 學(xué) 號： 20113310 班 級： 遙感一班 28目 錄一、紅外圖像分析實習(xí)11.數(shù)據(jù)采集過程12.圖像分析1二、地物光譜實習(xí)41.實習(xí)目的與實習(xí)內(nèi)容42.水體反射波譜測試與分析73.植被反射波譜測試與分析83.巖石反射波譜測試與分析114.土壤反射波譜測試與分析135.城鄉(xiāng)非自然目標反射波譜測試與分析14三、地物熱紅外時序觀測實驗161.植被圖像分析162.水體及周邊物體溫度分析173.巖石溫度分析194.土壤溫度分析205.建筑物溫度分析21四、超光譜數(shù)據(jù)認知實習(xí)221.實習(xí)目的222.實習(xí)步驟223.實習(xí)成果254.圖像的分析2

2、7五、實習(xí)收獲與體會27一、紅外圖像分析實習(xí)1. 數(shù)據(jù)采集過程（1） 到達外野數(shù)據(jù)采集區(qū)（2） 對熱紅外成像儀進行定標校準將熱紅外成像儀鏡頭蓋子蓋在鏡頭上按熱紅外成像儀上的“set”按鈕，在將導(dǎo)航按鈕向下按，完成校準工作。將鏡頭對準所需成像的地物，調(diào)整焦距，然后按下“free”按鈕，觀察所設(shè)圖像是否符合要求，若符合要求則按下“save”，否則重復(fù)步驟.2. 圖像分析 （1） A. 圖像采集地點:虹橋B圖像采集時間：上午10點10分C. 圖像分析：圖1-1 虹橋熱紅外成像圖像分析：在虹橋的熱紅外圖像中，可以看出，由水泥制成的拱形結(jié)構(gòu)的溫度最高，平均溫度為27.1，虹橋周圍的植物溫度略低于水泥的溫

3、度，平均溫度為22.6，虹橋上的金屬材質(zhì)扶手溫度最低，平均溫度為18.1。分析原因如下：圖像采集時間為上午10點鐘，地面各種物質(zhì)都吸收了一定的太陽輻射的熱量，但是由于水泥的比熱容最小，因此溫度最高，植物次之，而金屬此時處于背光面，吸收熱量較少。因此，三者的溫度為遞減形式。（2） A. 圖像采集地點:X形橋B圖像采集時間：上午10點20分C. 圖像分析：圖1-2 X形橋前草地?zé)峒t外圖像分析：在本圖像中，主要由巖石和草地的熱紅外影像組成，由于太陽光的照射角度問題，巖石頂部的溫度較高，平均溫度約為26.3，巖石底部的溫度較低，平均溫度較低約為24.4，草地的溫度最低約為23.5，同時在圖像中可以看出

4、，草地周圍的水泥路面，以及花壇水泥邊緣的溫度都很高，與巖石溫度相近。（3） A. 圖像采集地點:X形橋周圍的水體和植物B圖像采集時間：上午10點30分C. 圖像分析： （a） 圖像 （b） 溫度曲線圖圖1-3 X形橋周圍的水體和植物熱紅外圖像分析：本幅圖像主要由干枯的樹干和植物水體等組成，從溫度曲線圖中可以看出，干枯的樹干溫度最高，最高溫度可達到28.6,植物和水體的溫度較低，在24左右。從圖中特別可以看出的是，由于植物的遮擋陽光，在植被遮擋下的土壤的溫度較低，僅在23左右。（4） A. 圖像采集地點:X形橋周圍的土壤和植物B圖像采集時間：上午10點40分C. 圖像分析：圖1-4 X形橋周圍的

5、土壤和植物熱紅外圖像分析：本幅圖像主要由石板植物以及裸露的土壤組成，其中石板的平均溫度為23.5，裸露的土壤的平均溫度為23.6，而植物的平均溫度為21.7?？紤]到石板和土壤收到陽光的直接輻射因而溫度較高，而植物可以進行光合作用釋放水分子來降溫，因此溫度較低。（5） A. 圖像采集地點:2教的墻體B圖像采集時間：上午10點50分C. 圖像分析： （a）圖像（b）溫度曲線圖圖1-5 2號教學(xué)樓的墻體熱紅外圖像分析：本幅圖像主要由2教前的玻璃以及墻體和植物組成，由于太陽入射角度的問題，可以從圖中看出受到太陽直射的墻體的溫度較高，尤其是在棱角的邊緣位置，溫度可達到30。而未受到太陽直射的玻璃面的溫度

6、則比較低，在23左右，植物受到太陽的直射，平均溫度為24.5。二、地物光譜實習(xí)1. 實習(xí)目的與實習(xí)內(nèi)容（1）實習(xí)目的與內(nèi)容通過測試不同地物的反射率，根據(jù)地物光譜曲線，通過對比的手段，對不同地物反射率進行測試、分析，獲得不同地物反射光譜特征，并在此基礎(chǔ)上，對同一種地物的不同品種的地物光譜進行分析，來觀察同一地物不同個體間的光譜曲線的差異，為今后在為地物選擇合適的波譜進行遙感、以及在遙感圖像上區(qū)分不同地物奠定基礎(chǔ)。（2）實驗設(shè)備及測試流程實驗設(shè)備： Avantes光譜儀、 地物樣本（現(xiàn)場采集）、 相機（地物樣本記錄）、 安裝AvaSoft 7.2 for USB2便攜電腦測試流程： 儀器的連接及軟

7、件啟動將光譜儀、掃描探頭與電腦連接好后，第一次使用時會有一個硬件的安裝向?qū)?，安裝完成后運行AvaSoft 7.2 for USB2。軟件的界面如圖1所示：圖2-1 軟件界面首先使用File/Start New Experiment創(chuàng)建一個工程，根據(jù)需要對其進行命名，其默認擴展名為*.kon，界面如下圖所示圖2-2 新建工程相關(guān)參數(shù)的設(shè)置在Setup菜單中調(diào)整Smoothing參數(shù)，為所使用的Fiber/Slit直徑選擇最優(yōu)化Smoothing參數(shù)，對于AvaSpec-2048-USB2光譜儀來說，應(yīng)將Smoothing選項設(shè)置為1。獲取參考光譜，用以優(yōu)化有關(guān)參數(shù)設(shè)置將光纖探頭對準標準白板，點擊

8、S按鈕，進入Scope模式；點擊start按鈕，獲得參考光譜，此處的參考光譜用于輔助優(yōu)化光譜儀相關(guān)參數(shù)。系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化為避免氣象條件對光譜儀造成的影響，應(yīng)先針對當前的天氣狀況，對系統(tǒng)參數(shù)進行一定程度的優(yōu)化。點擊菜單欄上的按鈕轉(zhuǎn)換到光譜圖模式(Scope mode)，再按按鈕，系統(tǒng)便會自動調(diào)整積分時間和用于光譜平均的次數(shù)，也可根據(jù)具體情況，進行手動設(shè)置。如下圖所示：積分時間光譜平均次數(shù)圖2-3 設(shè)置參數(shù)獲取暗光譜將掃描探頭用探頭蓋蓋住，在Scope模式下，點擊按鈕，獲取暗光譜。點擊菜單中的File/Save-Dark，或用鼠標點擊屏幕左上方的黑色框，以便保存暗光譜。獲取參考光譜將探頭垂直對準標準

9、白板，在Scope模式下，通過菜單選擇File/Save Reference或者點擊屏幕左上方的白色框，以便保存參考光譜。測定地物的反射波譜首先，點擊菜單欄中的按鈕，進入Transmittance模式，再將探頭對準標準白板以獲取當前模式下的參考光譜并存儲；再將光譜儀的探頭對準待測地物，得到地物的反射波譜曲線。保存波譜可以選擇菜單中的File/Save Experment，或者點擊工具條中的按紐，以便保存當前所觀測的地物波譜。波譜的顯示選擇菜單中的File/display saved graph，在選擇已測的波譜點擊“確定”即可顯示所需圖像。2. 水體反射波譜測試與分析（1 ）測試說明 測試地點

10、：圖書館二樓空地 測試時間：2:：00-2:30（下午） 氣候條件：晴；氣溫32攝氏度；氣壓960 KPA；無風(fēng)。 測試成員：孫喆 文燦曦 盧思磊 李立 李丹（2）水反射波譜分析圖2-4 水光譜圖曲線分析：從圖中可以看出，無論是清水還是混有一定雜質(zhì)的渾濁雨水，在450nm-660nm波段反射率總體處于一個比較穩(wěn)定水平，而在650nm-700nm波段和在810nm兩者的反射率都處于一個波峰狀態(tài)，而在740nm有一個吸收谷，在大于850nm多段兩者的反射率都逐漸降低。不同的是雨水的反射率總體要高于清水，分析原因為雨水中混有一定的雜質(zhì)，會使其反射率增大，但總體光譜特性曲線還是與清水的相似。在光譜圖中

11、區(qū)分兩者可用450nm-700nm波段。水樣品照片： （a） 清水 （b）雨水圖2-5 水樣品照片3. 植被反射波譜測試與分析（1 ）測試說明測試地點：圖書館二樓空地 測試時間：2:：00-2:30（下午） 氣候條件：晴；氣溫32攝氏度；氣壓960 KPA；無風(fēng)。 測試成員：孫喆 文燦曦 盧思磊 李立 李丹（2） 植被反射波譜分析圖2-6 樹葉光譜圖曲線分析：黃色枯葉的反射率在400nm-1000nm之間呈現(xiàn)穩(wěn)定的增長趨勢，除此之外的三種活植物都在680nm存在一個吸收谷，在700nm-1000nm之間都達到較高水平，其中紅葉相對于黃葉和綠葉的變化較大，考慮原因為樹葉的顏色以及葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。

12、認為區(qū)分四者可以用750nm-800nm，在此區(qū)間，黃葉反射率最高，綠葉、紅葉次之，枯葉最低。樹葉樣品照片： （a）綠色樹葉（b）黃色樹葉 （c）紅色樹葉（d）干枯樹葉圖2-7 樹葉樣品照片3. 巖石反射波譜測試與分析（1 ）測試說明測試地點：圖書館二樓空地 測試時間：2:：00-2:30（下午） 氣候條件：晴；氣溫32攝氏度；氣壓960 KPA；無風(fēng)。 測試成員：孫喆 文燦曦 盧思磊 李立 李丹（2 ）巖石反射波譜分析圖2-8 巖石光譜圖曲線分析：從圖中可以看出，四種巖石的反射波普特性曲線的變化形勢相近，在400nm-600nm逐步上升，在600nm-1000nm波段基本不變，在590nm時

13、有一個小的吸收谷，其中白色巖石的反射率一直保持在四種巖石中的最高水平，而黑色巖石的吸收率一直為最低，分析原因為巖石的顏色導(dǎo)致了這種情況的產(chǎn)生，因為白色對可見光中的所有波段反射，而黑色則全部吸收，因此，白色巖石反射率高，黑色巖石反射率低，但由于巖石表面存在泥土等雜志所以其反射率不會為100或0。區(qū)分四種巖石可以用600nm-1000nm波段，四者的反射率穩(wěn)定且互不相同。巖石樣品圖片： （a） 黑色大理石（b）白色石頭 （c） 黑色石頭（d）黃色石頭圖2-9 巖石樣品圖片4. 土壤反射波譜測試與分析（1 ）測試說明測試地點：圖書館二樓空地 測試時間：2:：00-2:30（下午） 氣候條件：晴；氣溫

14、32攝氏度；氣壓960 KPA；無風(fēng)。 測試成員：孫喆 文燦曦 盧思磊 李立 李丹（2 ）土壤反射波譜分析圖2-10 泥土光譜圖曲線分析：從曲線中可以看出，兩者的變化趨勢相近，在400nm-650nm呈增長趨勢，而在650nm-1000nm保持在一個較穩(wěn)定的數(shù)值。干燥泥土的反射率總體要高于濕潤的泥土，考慮原因為濕潤泥土中的水分對于電磁波有一定的吸收作用。區(qū)分兩者可用600nm-1000nm波段，在此區(qū)間內(nèi)，干燥土壤的反射率高于濕潤土壤。土壤樣品圖片： （a） 干燥土壤（b）濕潤土壤圖2-11 土壤樣品圖片5. 城鄉(xiāng)非自然目標反射波譜測試與分析（1 ）測試說明測試地點：圖書館二樓空地 測試時間：

15、2:：00-2:30（下午） 氣候條件：晴；氣溫32攝氏度；氣壓960 KPA；無風(fēng)。 測試成員：孫喆 文燦曦 盧思磊 李立 李丹（2）城鄉(xiāng)非自然目標反射波譜分析圖2-12 城鄉(xiāng)非自然目標光譜圖曲線分析：從圖中可以看出，無論是黑色大理石還是白色大理石，其光譜曲線的變化趨勢是相同的。不同的是白色大理石的反射率一直處于較高水平，在95%左右，而黑色大理石的反射率則一直處于較低水平，僅在10%左右。分析原因為黑色大理石呈現(xiàn)黑色，對于可見光中的多數(shù)光是吸收的，而白色恰恰相反，幾乎能反射所有的可見光，并且大理石表面十分光滑，類似于鏡面，因此黑色大理石反射率低，而白色大理石反射率高，接近100。區(qū)分兩者可

16、用400nm-1000nm間的任意波段。城鄉(xiāng)非自然目標樣品圖片： （a）黑色大理石（b）白色大理石圖2-13 城鄉(xiāng)非自然目標樣品圖片三、地物熱紅外時序觀測實驗1. 植被圖像分析（a）植被照片（b）溫度變化圖圖3-1 植被一晝夜溫度變化圖分析：從原始數(shù)據(jù)中可以得到植被的一天中平均溫度為31.5，最高溫度為41.7，最低溫度為21.9分別出現(xiàn)在下午3點鐘和凌晨5點鐘。一天中植物的溫差可以達到近20。從圖中曲線可以看出，自凌晨5點鐘到下午16點鐘，植物的溫度基本處于上升狀態(tài)，其中在下午12點鐘左右出現(xiàn)溫度下降，由于所有觀測地物在中午12時溫度都有下降，故推測為外部環(huán)境因素導(dǎo)致其溫度降低，（如：天空有

17、云層飄過擋住太陽光或是由于風(fēng)吹過）或是由于儀器自身噪聲導(dǎo)致。而在凌晨5點出現(xiàn)溫度最低的原因是自太陽落山后植物停止接受來自太陽的輻射，溫度持續(xù)降低，在早上6點鐘日出植物溫度升高，因而會在5點鐘出現(xiàn)波谷，溫度最低。其他波動認為是儀器噪聲導(dǎo)致的誤差。2. 水體及周邊物體溫度分析（a）水體照片（b）溫度變化圖圖3-2 水體及周邊物體溫度分析分析：水體在一天中溫度的最大值為37.1，最低溫度為21.7，平均溫度為29.1，溫差為16，周邊物體的最高溫度為38.4，最低溫度為21.7，平均溫度為29.6，溫差約為17，兩者的最低溫度都出現(xiàn)在凌晨5點鐘，最高溫度分別出現(xiàn)在下午16時和中午12時。此外，從圖中

18、還可以看出，在10時-16時之間，水體的溫度明顯低于周圍物體溫度，這是由于水體的比熱容較大，在接受相同輻射的情況下，水比其他地物升高的溫度小。水體一晝夜溫差也小于其周圍物體和之前分析的植被，這也與其比熱容較大有關(guān)。同時，由于水中會有周圍物體的倒影，經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)，水中物體的倒影與物體本身溫度相近，而與水體本身的溫度有一定差異，如圖3-3，圖中橋面的平均溫度為28.8，其在水中倒影的平均溫度也是28.8，而沒有倒影的水體的平均溫度僅為27.0。圖3-3 實驗圖片這在一定程度上會影響到水體溫度的測試，也導(dǎo)致了本次測試中水體的溫差較大。最后，由于水體有調(diào)節(jié)環(huán)境溫度的作用，橋梁的溫度也要比相同時間下其他建

19、筑物的溫度低一些，其變化趨勢也與水的變化趨勢相似。3. 巖石溫度分析（a）巖石照片（b）溫度變化圖圖3-4 巖石一晝夜溫度變化圖分析：巖石一天中最高溫度為47.8，最低溫度為25.4，分別出現(xiàn)在15時和24時，溫差為22.4，平均溫度為33.9是5種地物中平均溫度最高的。從圖中可以看出自凌晨5時至下午15時，巖石的溫度持續(xù)升高，這與強烈的太陽光照有關(guān)，巖石的比熱容較低，在吸收相同熱量的情況下，溫度上升較大。而在下午15時光照減弱后，巖石迅速散熱，溫度明顯降低，直至凌晨0時，達到最低25.4.4. 土壤溫度分析（a）土壤照片（b）溫度變化圖圖3-5 土壤一晝夜溫度變化圖分析：土壤一晝夜中溫度最高

20、為40.2，最低溫度為20.3，平均溫度為30.2，分別出現(xiàn)在下午15時與凌晨0時，溫差為19.9。土壤與巖石的溫度變化相似，在下午16時，光照減弱后溫度持續(xù)降低，在凌晨0時到達最低，在0時到凌晨5時日出前，溫度一直在波動，原因可能為土壤與植物、空氣等進行熱交換，而使其自身的溫度有一定波動，或是由于儀器自身的誤差導(dǎo)致。在凌晨6時日出后，土壤開始吸收太陽輻射，溫度也逐漸上升。5. 建筑物溫度分析（a）建筑物照片（b）溫度變化圖圖4-6 建筑物一晝夜溫度變化圖分析：建筑物一天中的平均溫度為32.8，最高溫度出現(xiàn)在下午15時和16時，為44.6，最低溫度為23.9，出現(xiàn)在凌晨0時。其變化趨勢與土壤和

21、巖石相近，在下午16時太陽輻射減弱后溫度逐漸降低，在凌晨0時達到最低，而在0時-5時間溫度一直在波動，考慮原因與土壤溫度出現(xiàn)波動相同，凌晨5時處于日出前最后一小時，溫度較低，在6時日出至下午16時，吸收太陽光輻射溫度持續(xù)升高。四、超光譜數(shù)據(jù)認知實習(xí)1. 實習(xí)目的通過觀察圖像中不同地物的反射光譜曲線，來認識不同地物的反射特性。為以后測量植物和巖石以及水體的反射特性曲線奠定基礎(chǔ)。2. 實習(xí)步驟（1） 打開ENVI5.0軟件。單擊“開始”->“所有程序”->“ENVI5.0”->“Tools”->“ENVI Classic”。（2） 在ENVI Classic中打開圖像資料。

22、單擊“File”->“Open Image File”->選擇要打開的圖像資料->單擊“打開”，如圖1圖4-1 打開圖像在彈出的對話框中選中“（256x242x3128）：E01H1270362002234110PZ.L1R”后單擊“OK”，如圖2圖4-2 選中所需打開的圖像在彈出的“HDF Data Set Storage Order”對話框中選擇“BIL”后單擊“ok”，如圖3圖4-3 選擇HDF數(shù)據(jù)集的存儲順序在可用波段表中選定所需顯示波段后單擊“Load Band”，如圖4圖4-4 選擇顯示波段在顯示出的圖像中選擇好地物后單擊“右鍵”，選擇“Z Profile”，則地物的反射波譜如圖5所示圖4-5 反射波譜3. 實習(xí)成果（1） 巖石的反射波譜圖4-6 巖石反射波譜（2） 土壤反射波譜圖4-7土壤反射波譜（3） 植被反射波譜圖4-8 植被反射波譜（4） 水體反射波譜圖4-9 水體反射波譜4. 圖像的分析從以上4張圖像中可以看出，植物、水體、巖石、土壤的反射波譜基本相同，考慮原因是因為圖像未正確定標，才導(dǎo)致以上四者的反射波譜與太陽輻射相似。五、實習(xí)收獲與體會在紅外圖像分析實習(xí)中，我在之前的基礎(chǔ)上學(xué)會了熱紅外成像儀的定標、攝影等功能，同時學(xué)會了使用“高德紅外圖像分析”軟件，學(xué)會了如何從圖像中顏色變化中尋找高溫物體，怎樣在圖像中顯示任意物體的溫度和任意