用高光谱数据反演健康与病害落叶松冠层光合色素含量的模型研究——基于2005年吉林省敦化、和龙两市落叶松冠层采样测量数据

健康落叶松与遭受病害落叶松的冠层光谱反射率曲线具有明显差异,利用反映这种差异的光谱特征参数建立回归模型,可为反演落叶松冠层光合色素含量进而诊断落叶松健康状况提供方法和途径。以吉林省延边州敦化、和龙两市林场中健康的和遭受落叶松早落病侵害的人工落叶松林为调查对象,在对野外采集的14个落叶松冠层样本进行光谱测量及光合色素含量测量的基础上,选取8个对落叶松冠层光合色素含量变化反映敏感的光谱参数参与建立其光合色素含量的一元线性回归和多元逐步回归模型。研究结果表明,不同健康程度的落叶松冠层光谱曲线在其可见光及近红外波段有3个比较明显的特征差异处,分别位于光谱曲线的“绿峰”、“红谷”和“红边”位置。利用反映这些差异的8个光谱特征参数建立落叶松冠层光合色素含量的回归模型,除 “红边”这一参数回归效果不令人满意外,其余7个参数均得到了较好的回归效果,其中利用峰谷波长差Dgr建立的关于总叶绿素和叶绿素b含量的一元回归模型R²值分别达到0.842 8和0.749 8,利用NDGI建立的关于叶绿素a和类胡萝卜素含量的一元回归模型R²值分别达到0.875 8和0.789 7;多元逐步回归模型的回归效果与一元回归模型相比,各判定系数R²值均有所提高,总叶绿素、叶绿素a、b和类胡萝卜素含量的回归模型R²值分别达到0.885、0.910、0.839和0.862。     

高光谱数据挖掘在蚀变矿物识别与提取中的应用

略叙了当前国内外高光谱遥感技术在矿物识别中的应用现状,基于岩石矿物晶体场理论、离子与矿物的光谱识别规则,采用诊断性吸收特征谱带、空间数据挖掘理论、遥感信息建模等技术开展蚀变矿勃识别与提取研究。针对具体的操作步骤建立了相关流程图,为以后的岩矿遥感提取工作建立了初步理论依据。     

基于省域尺度的农田土壤重金属高光谱预测

利用浙江省36个县市的643个农田耕层土样的可见-近红外反射率数据以及重金属与有机质含量数据,分析了Ni、Cu、As、Hg、Zn、Cr、Cd、Pb含量与有机质含量的相关性,对比了不同重金属元素与有机质敏感波段的位置,并建立了各重金属元素含量的偏最小二乘回归(PLSR)模型.研究结果表明,Ni、Cr与有机质的相关性最优,As最差,相关系数分别为0.54、0.59、0.20,各重金属元素与有机质的相关系数与它在前三个主成份载荷图中与有机质的距离成反比;不同的重金属元素与有机质高光谱敏感波段的重叠度、回归系数的正负一致性具有明显差异,与有机质相关性越高的元素,其重叠度也越高、正负一致性也越好;在所有8种重金属元素的PLSR预测模型中,Ni、Cr的建模与预测效果较好,RPD值分别为1.94、1.80,模型具有一般的定量预测能力,其余6种重金属元素预测模型的RPD值均在1.00和1.40之间,模型只具备区别高值和低值的预测能力.该研究结果为大尺度区域土壤重金属污染的高光谱遥感监测提供了一定的理论依据与参考.     

农业高光谱遥感研究的现状与发展趋势

高光谱遥感是对地观测强有力的工具和现代遥感的重要发展方向,在农业上具有广泛的应用前景。简要介绍了农业高光谱遥感应用研究的原理及现状,存在的问题及发展趋势。     

基于多目标遗传算法的超光谱波段选择

超光谱波段图像的信息冗余量很大,可以通过波段选择的方式简化分析.以白血病血液样本的光谱数据为例,以最佳指数和协方差为选择依据,通过多目标遗传算法实现了超光谱的波段提取.为了验证该法的有效性,对多目标算法与单目标遗传算法进行了比较实验,结果表明NSGA的选择结果总体更优于单目标算法,从一定程度上说明了该算法在光谱提取上的...     

Three-dimensional imaging hyperspectro-polarimetric target characterization sensor

A target characterization sensor is proposed, which can obtain a three-dimensional (3D) structure, hyperspectrum, and complete Stokes polarization characters corresponding to the target pixel scale from the same viewpoint. This avoids matching information processes and improves target characterization precision. The target characterization sensor integrates the following: 3D structure detection obtained through the projection grating phase method; hyperspectrum acquired with the use of acousto-optic tunable filter (AOTF); and complete Stokes polarization acquisition based on liquid crystal variable retarder (LCVR). Experiments verify the feasibility of the characterization sensor. This work further supports the viability of the use of this target characterization sensor for both mechanism and application research in quantitative detection.     

三因素及其交互作用对植物叶片多角度偏振高光谱特征的影响

在反射、散射和透射电磁辐射的过程中,植物叶片表面将产生与它们自身性质有关的偏振特征,完全可以作为遥感信息中有价值的信息来源.多角度对地观测能获得更为详细可靠的地面目标三维空间结构参数,使定量遥感成为可能.对植物叶片的多角度偏振高光谱探测成为定量遥感中的一种新手段.在分析植被叶片的多角度偏振高光谱特征基础之上,设计了一个3因素2水平的正交试验.通过对实验数据的方差分析发现,偏振角、入射天顶角、叶绿素以及三个因素之间的交互作用都可以对植物叶片的偏振反射产生影响,偏振角和入射天顶角对植物叶片的影响特别显著,二者的交互作用也有显著的影响.因此在今后的研究中,既要考虑单因素本身对植被叶片的偏振反射的影响,还要考虑到交互作用所起到的影响.     

基于高光谱的砂岩露头孔隙度估算方法

为快速获得宏观、定量的砂岩露头孔隙度,提出了基于高光谱的孔隙度估算新方法.采集野外露头砂岩样品并测得其孔隙度,利用岩石薄片鉴定资料分析砂岩孔隙度的影响因素;对岩样实测光谱预处理,探索砂岩孔隙度的光谱响应机理;考虑到光谱波段高维性和波段间多重相关性,采用偏最小二乘方法构建孔隙度估算模型;通过变量投影重要性分析模型中重要波段.研究结果表明:基于砂岩填隙物与孔隙度的相关性以及填隙物的光谱特征,可间接反演孔隙度;砂岩孔隙度具有良好的光谱响应;反射率能够定量估算砂岩孔隙度(全波段模型R2=0. 72,RMSE=2. 28,RPD=1. 94);重要波段帮助降低自变量维度,发现孔隙度敏感波谱响应.本研究为基于高光谱图像的野外露头孔隙度表征奠定了基础.     

基于高光谱的土壤重金属铜的反演研究

为探讨高光谱遥感反演红壤重金属铜含量的可行性,研究采集了34个红壤性土壤样品,通过对350~2 500 nm波段范围光谱曲线进行测试和分析,建立了不同的土壤光谱变量与重金属铜含量多元回归关系模型,分析了土壤重金属铜与土壤化学组分以及土壤特征光谱的关系。结果表明,土壤重金属铜含量与土壤全铁和镁含量显著相关,而与土壤有机质的相关性不显著,表明红壤性土壤粘土矿物对土壤铜含量影响较大;与重金属铜含量相关性较好的波段在830 nm、1 000 nm和2 250 nm附近,且一阶微分模型精度(79%)高于反射率模型(66.26%)和倒数对数模型(67%)的精度。因此,一阶微分高光谱反演模型具有较好的快速估算土壤中重金属铜含量的潜力。     

在水分胁迫下棉花冠层叶片全氮含量的高光谱遥感估算模型研究

研究利用美国产ASD地物光谱仪,获取新疆北部地区棉花冠层关键生育时期的高光谱数据,采用红边积分面积变量估测棉花冠层叶片的全氮含量,对反射光谱进行一阶微分,应用一阶微分光谱数据,衍生出基于光谱位置变量的分析方法,以红边积分面积(SDr)为自变量,冠层全氮(TN)含量为因变量,做相关分析与处理,构建新陆早6号红边积分面积与冠层叶片TN含量的相关数学模型。研究在不同水处理条件下,对棉花冠层单叶叶绿素含量和单叶全氮含量做相关分析,结果表明:叶绿素含量与TN含量呈显著的正相关(R=0.8723,n=39),叶绿素含量能有效的估计棉花单叶TN含量;红边积分面积变量与冠层TN含量呈显著的相关性,相关系数是0.7394(n=40),利用构建的相关模型可以较为精确地估测棉花两个品种新陆早6号与8号冠层叶片的全氮含量,RMSE分别为0.3859和0.4272。研究认为红边积分面积变量具有预测棉花冠层全氮含量的应用潜力,研究得出利用3边面积变量构造的数学模型对反演作物冠层TN含量有较高应用价值。研究认为,红边位移现象结合红边幅度的变化的研究,用于诊断棉花水分胁迫也是可行的,关键是建立相应合理的诊断指标体系。研究结果证明:①随着棉花的生长发育,叶片的生理生化参数发生变化,冠层的生理生化参数随之发生变化;②.棉花叶片叶绿素含量与叶片的全氮含量相关性显著(R=0.8723,n=38),通过建立数学模型,可以估测叶片中全氮的含量;③由一阶微分光谱衍生出基于光谱“红边”位置变量的分析方法,使我们认识到“红边”的变幅、形状和面积包含了各个波段的信息,这些波段综合产生的变量所构造的模型,为棉花氮素营养参数的估计提供了预测能力;④如果棉花叶绿素含量高,说明水分充足、氮代谢旺盛,植株处于生长旺盛时期,红边向蓝光方向发生了位移。利用红边位移现象结合红边幅度的变化的研究,用于诊断棉花水分胁迫也是可行的,关键是建立相应合理的诊断指标体系。