对比影像光谱与参考光谱

来源：https://vis-webcontent.s3.amazonaws.com/quickguides/Spectral+Analysis/Compare+Image+Reference+Spectra/index.html#/

课程内容

第 1 课，共 1 课

对比影像光谱与参考光谱

在本快速指南中，您将：

• 打开并显示一幅 AVIRIS-3 反射率影像。
• 在同一绘图窗口中收集并对比反射率影像光谱。
• 绘制光谱库中不同矿物的光谱。
• 将自定义库光谱重采样至与影像光谱的波长范围和采样间隔相匹配。

示例数据

下载下面的示例数据。然后将 .zip 文件的内容解压到本地目录。

AVIRIS3_Refl_Preprocessed.zip 888.8 MB 下载

打开并显示反射率影像

从 菜单栏 中，选择 文件 > 打开。将出现一个打开对话框。
转到保存示例数据的位置，并选择文件 AVIRIS3_Refl_Preprocessed.dat。
单击打开。ENVI 将以近似真彩色显示该影像。
按键盘上的 F12 键查看影像的完整范围。

这是一幅使用 ENVI 中的快速大气校正 (QUAC®) 工具校准为地表反射率的 AVIRIS-3 影像。反射率值范围从 0 到 1。该影像覆盖了加利福尼亚州的芒廷帕斯矿。

查看影像光谱

ENVI 可以从任何影像显示中提取水平 (X)、垂直 (Y) 和光谱 (Z) 剖面。更多信息请参阅 查看剖面 快速指南。高光谱数据分析主要关注提取光谱剖面，这些剖面从整个文件中获取光谱信息，而不仅仅是屏幕上显示的波段。例如，文件 AVIRIS3_Refl_Preprocessed.dat 有 257 个波段，因此任何给定像素的光谱剖面都将显示所有 257 个波段的反射率值。

在 图层管理器 中右键单击 AVIRIS3_Refl_Preprocessed.dat，选择 剖面 > 光谱。影像窗口 中将出现红色十字准线，光谱剖面 将绘制十字准线交点处所选像素的反射率值。

注意反射率曲线的形状。下图中标出了两条直线部分。这些部分的光谱代表从原始影像中移除的波段，因为它们在水蒸气和 CO2 吸收区存在严重噪声。

您也可以在一个图表中显示多个像素的反射率曲线。按下键盘上的 Shift 键，然后在 影像窗口 中单击另一个像素。该像素的反射率曲线将以不同颜色显示在绘图窗口中。
单击 光谱剖面 右侧的小右向"显示"箭头，以显示图表和曲线属性。在这里，您可以查看与两条曲线关联的像素的颜色和影像坐标。

这两个影像光谱代表未知物质。接下来，您将把它们与代表地面实况数据的库光谱进行比较。

查看库光谱

高光谱数据分析中的一个常见工作流是将从影像数据中提取的光谱与野外或实验室收集的光谱进行比较。当光谱绘制在同一窗口中时，吸收和反射特征很容易进行比较。

ENVI 安装包中包含几组来自 NASA 喷气推进实验室 (JPL)、约翰霍普金斯大学 (JHU) 和美国地质调查局 (USGS) 的实验室光谱。光谱库以 ENVI 光谱库 (.sli) 格式存储，图像中的每一行对应一个单独的光谱，每个样本对应特定波长下的单个光谱测量值。

您的研究区域可能只有有限数量的不同物质；然而，光谱库包含数十种或数百种物质的光谱。

从菜单栏中，选择 显示 > 光谱库查看器。
在 光谱库查看器 的左侧，展开 usgs_v7 文件夹，然后是 minerals_asdng.sli 集合。
单击 Muscovite_GDS116_Tanzania_ASDNGa 光谱，注意反射率曲线的形状和细节。同时注意波长刻度与 光谱剖面 中影像光谱的刻度有何不同。

单击 光谱库查看器 右侧的小右向"显示"箭头以显示图表和曲线属性。
在图表属性中单击曲线选项卡。
单击颜色字段并选择一种蓝色调。

从 光谱库查看器 的图例中选择 Muscovite_GDS116_Tanzania_ASDNGa 光谱名称，并将其拖放到 光谱剖面 中。库光谱被添加到 光谱剖面。

白云母的反射率曲线看起来与影像光谱不同。在同一窗口中绘制光谱可以让您直观地比较它们的形状和吸收特征。

从反射率影像中获取的两个光谱不一定代表白云母。它们可能是完全不同的物质。本练习的目的是演示如何将影像光谱与库光谱进行比较。

确保影像光谱与库光谱的一致性

您可以从光谱库中绘制其他已知物质的光谱，但由于有数百种光谱可用，这将花费太多时间。ENVI 拥有自动化工具，如光谱特征拟合 (SFF) 和光谱角制图仪 (SAM)，可评估未知物质与参考物质之间的相似性。这些工具要求您直接将从影像中提取的光谱端元与库光谱进行比较。

影像光谱和库光谱必须在以下方面保持一致：

• 单位：反射率、下向辐射等。例如，包含反射率值的光谱库不能直接用于像素代表辐射率的影像。
• 比例：一个光谱的反射率范围是 0 到 1，而另一个是 0 到 1000 吗？
• 波长范围：库光谱和影像光谱的波长范围应有重叠。如果影像的波段覆盖范围与参考光谱不同，可能无法识别感兴趣的物质。
• 采样间隔：光谱仪测量通常以大约 1 纳米的间隔采集，而高光谱传感器的光谱分辨率通常在 5 纳米到 10 纳米之间。

注意波长范围略有不同：影像光谱范围从 450 纳米到 2,500 纳米。白云母库光谱从 400 纳米开始，延伸到 2,500 纳米。此外，这在绘图窗口中可能难以可视化，但它们的采样间隔也不同。光谱仪（用于光谱库）捕获的反射率数据点间隔只有几纳米，而影像反射率数据点间隔大约为 7.5 纳米。

为了缓解这些不一致，您可以将库光谱重采样至影像光谱。

重采样库光谱

在 工具箱 的搜索窗口中，输入 resampling。
双击 Spectral Library Resampling 工具。Spectral Resampling Input File 对话框出现。
单击对话框底部的 Open 下拉按钮，选择 Spectral Library。出现文件选择对话框。
转到 ENVI 安装路径下的以下目录。(xx 是版本号。)

Windows：C:\Program Files\NV5\ENVIxx\resource\speclib\usgs_v7
Linux：/user/local/NV5/envixx/resource/speclib/usgs_v7
Mac：/Applications/NV5/envixx/resource/speclib/usgs_v7 5. 选择 minerals_asdng.sli 并单击打开。 6. 在 Spectral Resampling Input File 对话框中单击确定。Spectral Resampling Parameters 对话框出现。 7. 选择 Input Data File 选项。 8. 输入输出文件名 USGSv7_Minerals_Resampled.sli。

单击确定。File Containing Output Wavelength 对话框出现。在这里您选择库光谱应重采样至的目标影像。
选择 AVIRIS3_Refl_Preprocessed.dat 并单击确定。重采样过程开始。完成后，USGSv7_Minerals_Resampled.sli 被添加到 光谱库查看器。

绘制影像光谱和重采样库光谱

从 ENVI 菜单栏 中选择 显示 > 新建绘图窗口。出现一个空的 ENVI 绘图 窗口。您将使用此窗口收集库光谱和影像光谱。
在 光谱库查看器 中，选择 USGSv7_Minerals_Resampled.sli 下的几种矿物（一次一个），并将它们拖到 ENVI 绘图 窗口。重采样的光谱绘制在那里。

单击 ENVI 绘图窗口右侧的右向"显示"箭头，查看图表属性和光谱名称。

在 光谱剖面 的属性表中，选择一个影像光谱（红色或绿色）并将其颜色更改为橙色。

将该光谱名称从 光谱剖面 拖到 ENVI 绘图 窗口。

出现 缩放传入曲线数据 对话框。

您无需在此对话框中做任何更改。单击确定关闭它。现在，影像光谱和库光谱一起显示在一个绘图窗口中。它们具有相同的 X 和 Y 数据范围以及相同的采样间隔。

本快速指南演示了如何在绘图窗口中直观地比较影像光谱与库光谱。如果两者的采样方式不同，您可以将一个重采样至另一个，使它们具有相同的波长范围和采样间隔。

AVIRIS-3 影像和重采样后的矿物光谱库可以一起用于高光谱分析。

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