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分析窄带植被指数

来源: https://vis-webcontent.s3.amazonaws.com/quickguides/Spectral+Analysis/Narrowband+Indices/index.html

课程内容

第 1 课，共 1 课

分析窄带植被指数

背景

窄带植被指数利用电磁频谱的离散部分来表征各种植被属性。这些属性包括绿度、氮含量、水分含量、干燥或衰老碳、叶片色素和光利用效率。多光谱传感器（具有数十个波段）特别是成像光谱仪（具有数百个波段）提供了计算窄带植被指数所需的光谱保真度。

ENVI 提供了 33 种不同的窄带植被指数。详情请参阅 ENVI 帮助中的植被指数背景(在新标签页中打开)主题。其中一个例子是改进红边归一化植被指数(在新标签页中打开)，它由以下公式计算：

为了创建此指数，ENVI 会识别中心波长最接近 750 nm、705 nm 和 445 nm 的波段。它为每个波长项允许一个很窄的容差值。如果没有波段落在每个波长的允许范围内，ENVI 会发出错误消息，指出该图像不包含该指数所需的适当波长。

让我们看一些例子，使用一幅 AVIRIS 图像进行演示。

打开一幅 AVIRIS 图像

  1. 1 从菜单栏选择 文件 > 打开。打开对话框出现。
  2. 2 转到 ENVI 安装路径下的 "hyperspectral" 目录。 Windows: C:\Program Files\NV5\ENVIxx\data\hyperspectral (xx 是版本号) Linux: /user/local/NV5/envixx/data/hyperspectral Mac: /Applications/NV5/envixx/data/hyperspectral
  3. 3 选择文件 AVIRISReflectanceSubset.dat 并点击 打开。这是一幅加州中部农业区的 AVIRIS 高光谱图像。

此图像已使用 ENVI 中的 FLAASH® 工具进行了大气校正。像元值代表地表反射率；其范围为 0.0 到 1.0。这是在创建窄带光谱指数之前预处理(在新标签页中打开)图像的理想方式。更多信息，请参阅《缓解大气效应》和《缩放和掩膜反射率图像》快速指南。

运行光谱指数工具

  1. 1 在工具箱中，展开 波段代数 文件夹，然后双击 光谱指数。数据选择对话框出现。
  2. 2 选择 AVIRISReflectanceSubset.dat 并点击 确定。光谱指数对话框出现。
  3. 3 滚动查看指数列表，了解此图像可用的指数。或者，点击并拖动对话框的右下角以扩大它。该列表不仅包括植被指数，还包括地质指数。请注意，许多宽带指数也可用，例如归一化植被指数。

在本练习中，您将创建三个窄带植被指数。 * • 植被绿度：改进型叶绿素吸收比率指数-改进版 (MCARI2) 和改进红边归一化植被指数 (MRENDVI) * • 水分含量：水分胁迫指数 (MSI)

  1. 4 选择 改进型叶绿素吸收比率指数-改进版。
  2. 5 按住键盘上的 Ctrl 键。
  3. 6 选择： 改进红边归一化植被指数 水分胁迫指数
  4. 7 松开 Ctrl 键。三个项目被选中。

  1. 8 在 输出栅格 字段中，输入文件名 NarrowbandVIs.dat。
  2. 9 点击 确定。处理完成后，ENVI 会创建一个多波段图像，其中每个波段代表不同的植被指数。一个彩色合成图像会被添加到图层管理器并显示在图像窗口中。此图像不必要；接下来您将把它从视图中移除。
  3. 10 在图层管理器中，右键单击 NarrowbandVIs.dat 并选择 移除。

评估绿度植被指数

健康绿色植被的反射率曲线图。

窄带绿度植被指数利用红色和近红外区域的反射率测量值对反射率曲线的红边部分进行采样。红边描述了由叶绿素吸收和近红外叶片散射之间的转变引起的植被反射率曲线在 690 nm 到 740 nm 之间陡峭倾斜的区域。

  1. 1 从菜单栏选择 文件 > 数据管理器。数据管理器出现。
  2. 2 在 NarrowbandVIs.dat 下，选择 改进红边归一化植被指数 波段，然后点击 加载灰度。MRENDVI 图像显示出来。MRENDVI 的公式在本快速指南的开头。该指数是红边 NDVI 的一个变体，它校正了叶片镜面反射。与其他“红边”指数一样，它在监测冠层叶片含量、间隙率和衰老的微小变化方面很有效。

  1. 3 在数据管理器中，选择 改进型叶绿素吸收比率指数-改进版 波段，然后点击 加载灰度。MCARI2 图像显示出来。

MCARI2 指数(在新标签页中打开) 由以下公式计算：

它指示叶绿素的相对丰度，同时也能有效预测叶面积指数。它通过在公式中加入土壤调整因子来实现这一点。

  1. 4 通过在图层管理器中勾选或取消勾选 改进型叶绿素... 图层，来比较 MCARI2 图像与 MRENDVI 图像。与 MRENDVI 图像相比，MCARI2 图像中的任何田块是否表现出相对较高的 LAI 和叶绿素？
  2. 5 在图层管理器中，取消勾选 改进红边... 图像以隐藏它。然后将 改进型叶绿素... 图像（即 MCARI2 图像）与真彩色 AVIRIS 图像进行比较。您是否注意到 MCARI2 图像中的一些明亮田块如何对应 AVIRIS 图像中亮绿色的田块？
  3. 6 在进行下一步之前，取消勾选 改进红边... 和 改进型叶绿素... 图像以隐藏它们。

评估水分胁迫指数

  1. 1 在数据管理器中，选择 NarrowbandVIs.dat 下的 水分胁迫指数 波段。然后点击 加载灰度 按钮。水分胁迫指数 (MSI)(在新标签页中打开) 图像显示出来。

MSI 是 1,599 nm 和 819 nm 之间反射率的比值：

与其他冠层水分指数不同，MSI 图像中的较高值表示更大的水分胁迫和更少的水分含量。为了帮助可视化这一点，您可以对 MSI 图像应用感兴趣区域 (ROI) 阈值。

  1. 2 在图层管理器中，右键单击 [2] NarrowbandVIs.dat（与水分胁迫指数波段关联的图层）并选择 新建感兴趣区域。一个“感兴趣区域”文件夹被添加到水分胁迫指数图层下，带有一个新的（红色）“ROI 1”条目。感兴趣区域 (ROI) 工具也会出现。

  1. 3 在ROI 工具中，选择 阈值 选项卡。
  2. 4 点击 添加新阈值规则 按钮。

数据选择对话框出现。

  1. 5 选择 水分胁迫指数 波段并点击 确定。选择阈值参数对话框出现。该对话框显示 MSI 值的直方图。您感兴趣的是最高值，因为它们代表较少的水分含量。
  2. 6 在直方图的左侧，将红色垂直滑块一直拖到最右边。整个直方图被染成红色。
  3. 7 在直方图的左侧，将红色垂直滑块拖到 X 轴上大约 1.4 的位置。直方图的右侧被染成红色。
  4. 8 启用 预览 选项。MSI 图像中大于 1.4 的像素值被染成红色。请观看以下视频演示这些步骤：

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字幕

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画中画全屏

静音

不允许一个带斜线的圆圈

这是一个模态窗口。

被染成红色的田块代表那些比其他田块水分含量少的区域，这可能有助于理解潜在的干旱状况和植物健康。1.4 的最小值完全是任意的。欢迎您在选择阈值参数对话框中通过来回拖动最左边的滑块来尝试不同的最小值。

  1. 9 点击 确定 以关闭选择阈值参数对话框。
  2. 10 练习到此结束。完成后，退出 ENVI。

总而言之，窄带植被指数可用于表征植被属性，如绿度、水分含量、叶片色素浓度等。由于它们使用特定的反射波长来评估这些属性，因此多光谱和高光谱传感器最适合创建窄带植被指数。

理想情况下，在创建窄带植被指数之前应对图像进行预处理。更多信息，请参阅以下快速指南： * • 预处理 AVIRIS-3 辐射率数据 * • 缩放和掩膜反射率图像

其他资源

  • • 分析宽带植被指数 快速指南
  • • 创建植被产品 快速指南

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