高光譜數(shù)據(jù)質(zhì)量評價PPT課件

.,1,高光譜遙感發(fā)展遙感數(shù)據(jù)質(zhì)量評價高光譜遙感數(shù)據(jù)質(zhì)量評價總結(jié),.,2,20世紀(jì)80年代以來，高光譜遙感已發(fā)展成一個頗具特色的前沿技術(shù)，并孕育形成了一門成像光譜學(xué)的新興學(xué)科門類。它的出現(xiàn)和發(fā)展將人們通過遙感技術(shù)觀測和認識事物的能力帶入了又一次飛躍，續(xù)寫和完善了光學(xué)遙感從全色經(jīng)多光譜到高光譜的全部影像信息鏈。由于高光譜遙感影像提供了更為豐富的地球表面信息，因此受到國內(nèi)外學(xué)者的很大關(guān)注，并有了快速發(fā)展。其應(yīng)用領(lǐng)域已涵蓋地球科學(xué)的各個方面，在地質(zhì)找礦和制圖、大氣和環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)和森林調(diào)查、海洋生物和物理研究等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。,.,3,1983年，世界第一臺成像光譜儀AIS1在美國研制成功，并在礦物填圖、植被生化特征等研究方面取得了成功，初顯了高光譜遙感的魅力。在此后，許多國家先后研制了多種類型的航空成像光譜儀。如美國的AVIRIS、DAIS，加拿大的FLI、CASI，德國的ROSIS，澳大利亞的HyMap等。,.,4,在經(jīng)過航空試驗和成功運行應(yīng)用之后，90年代末期終于迎來了高光譜遙感的航天發(fā)展。1999年美國地球觀測計劃（EOS）的Terra綜合平臺上的中分辨率成像光譜儀（MODIS）、號稱新千年計劃第一星的EO-1，歐洲環(huán)境衛(wèi)星（ENVISAT）上的MERIS，以及歐洲的CHRIS衛(wèi)星相繼升空，宣告了航天高光譜時代的來臨。,.,5,上世紀(jì)80年代初、中期，在國家科技攻關(guān)項目和863計劃的支持下，我國亦開展了高光譜成像技術(shù)的獨立發(fā)展計劃。我國高光譜儀的發(fā)展，經(jīng)歷了從多波段到成像光譜掃描，從光學(xué)機械掃描到面陣推掃的發(fā)展過程。,.,6,80年代中期，面向地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘探，研制了工作在短波紅外光譜區(qū)間（2.02.5mm）的68波段細分紅外光譜掃描儀（FIMS）和工作波段在812mm光譜范圍的航空熱紅外多光譜掃描儀（ATIMS）。80年代后期又研制和發(fā)展了新型模塊化航空成像光譜儀（MAIS）。這一成像光譜系統(tǒng)在可見近紅外短波紅外具有64波段，并可與6-8波段的熱紅外多光譜掃描儀集成使用，從而使其總波段達到7072個。中國又自行研制了更為先進的推帚式成像光譜儀（PHI）和實用型模塊化成像光譜儀（OMIS）等，并在國內(nèi)外得到多次應(yīng)用，成為世界航空成像光譜儀大家庭中的一員。PHI成像光譜儀在可見到近紅外光譜區(qū)具有244個波段，其光譜分辨率優(yōu)于5nm；OMIS則具有更寬泛的光譜范圍，如OMIS-1具有128波段，其中可見近紅外光譜區(qū)（0.461.1m）32波段，短波紅外區(qū)（1.061.70m及2.02.5m）48波段，中波紅外區(qū)（3.05.0m）8波段，熱紅外區(qū)（8.012.5m）68波段。,.,7,2002年3月在我國載人航天計劃中發(fā)射的第三艘試驗飛船“神舟三號”中，搭載了一臺我國自行研制的中分辨率成像光譜儀2007年10月24日我國發(fā)射的“嫦娥-1”探月衛(wèi)星上，成像光譜儀也作為一種主要載荷進入月球軌道。這是我國的第一臺基于富里葉變換的航天干涉成像光譜儀，它具有光譜分辨率高的特點。2008年發(fā)射的環(huán)境與減災(zāi)小衛(wèi)星（HJ-1）星座中，搭載一臺工作在可見光近紅外光譜區(qū)（0.450.95m）、具有128個波段、光譜分辨率優(yōu)于5nm的高光譜成像儀。“風(fēng)云-3”氣象衛(wèi)星也將中分辨率光譜成像儀作為基本觀測儀器2011年9月發(fā)射的“天宮一號”也攜帶了我國自主研制的高光譜成像儀，進行了地球環(huán)境監(jiān)測，用于開展資源勘察、地質(zhì)調(diào)查、水文生態(tài)的監(jiān)測、環(huán)境污染的監(jiān)測，以及土地環(huán)化評估等方面的工作。,.,8,對遙感數(shù)據(jù)質(zhì)量進行評價的方法大致分為主觀評價和客觀評價兩種。前者主要通過人眼觀察圖像，根據(jù)主觀感受，在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)測試條件下，按照規(guī)定的評分尺度和妨礙尺度對圖像優(yōu)劣做出評定，最后對多組評定結(jié)果進行統(tǒng)計平均得出最終評價結(jié)果。后者以相關(guān)物理特征為研究對象得到一系列指標(biāo)進行定量評價。,.,9,客觀質(zhì)量評價方法以圖像物理特征為基礎(chǔ)，結(jié)果為特定指標(biāo)的定量評價。與圖像質(zhì)量相關(guān)的物理特征主要有顏色和灰階、反差、分辨力、可辯性、清晰度等，常用輻射精度、信息量、清晰度、信噪比、地面分解力、反差、幾何精度等參數(shù)來反映。對于高光譜遙感影像而言，主要影響因素為信躁比、圖像清晰度、特征光譜等。,.,10,在多光譜圖像數(shù)據(jù)評價方面，美（Landsat）和法國（SPOT）進行的對地觀察衛(wèi)星成像質(zhì)量的評價是很具有代表性的。他們在這些儀器發(fā)射前，擬定了一套圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量分析計劃；在儀器運行中和圖像數(shù)據(jù)獲取后都進行了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量評價，從而保證了衛(wèi)星圖像質(zhì)量。,.,11,幾何質(zhì)量：定位精度、長度畸變、非同構(gòu)性、相機的局部相關(guān)性、多光譜可配準(zhǔn)性、地形制圖精度等。輻射質(zhì)量：信噪聲比、標(biāo)準(zhǔn)增益、fe/2時的列MTF和行MTF、L+L=0.75的列線性、數(shù)字數(shù)據(jù)精度（標(biāo)準(zhǔn)偏估計）、相對譜段間精度、相對多時相精度、絕對精度。,.,12,空間和幾何的質(zhì)量：定位精度、幾何畸變、有效空間分辨率、MTF和頻率響應(yīng)、邊緣響應(yīng)和下降時間及譜段間配準(zhǔn)。輻射質(zhì)量：譜段選擇、輻射分辨率、信躁比、動態(tài)范圍（絕對定標(biāo)、相對定標(biāo)）。幾何糾正、輻射校正等預(yù)處理對圖像質(zhì)量改進。示范應(yīng)用評價：信息內(nèi)容、分類精度和制圖精度,.,13,不同階段的高光譜數(shù)據(jù)質(zhì)量評價評價基本參數(shù)介紹及示例,.,14,在圖像處理過程中，處于不同的處理階段或各種具有地理信息的數(shù)字產(chǎn)品，需要選用不同的圖像處理算法和步驟，處理后得到的圖像數(shù)據(jù)具有不同的特征，對后繼步驟起到的作用也不同。在各個不同階段對處理過的高光譜圖像數(shù)據(jù)進行質(zhì)量評價，即對所選擇的處理算法進行定量的評價，需要選擇合適的評價參數(shù),.,15,1、預(yù)處理評價幾何校正輻射校正圖像配準(zhǔn)像質(zhì)的均勻性處理去噪聲2、圖像壓縮3、圖像融合,.,16,在高光譜圖像數(shù)據(jù)的應(yīng)用中，對圖像數(shù)據(jù)處理結(jié)果的評價，其實質(zhì)是對所選擇圖像處理方法和算法的評價，評價結(jié)果還有助于在以后應(yīng)用中將要進行的圖像處理方法的選擇與方案的制定。圖像評價的參數(shù)有多種，不同的參數(shù)原來也不盡相同，在評價中起到的作用也必然不同，對評價的結(jié)果分析解釋有所區(qū)別。,.,17,輻射精度信息量信躁比清晰度光譜曲線相關(guān)性,.,18,10nm光譜分辨率1-70波段覆蓋356-1058nm的可見光和近紅外區(qū)域71-242波段覆蓋852-2577nm的短波紅外波段像元大小30m圖像大小256x6460數(shù)據(jù)產(chǎn)品有Level0（原始數(shù)據(jù)）和Level1兩種L1數(shù)據(jù)產(chǎn)品已經(jīng)進行了輻射校正,.,19,包括均值、方差、偏斜度、陡度、邊緣輻射畸變和增益調(diào)整畸變。,.,20,均值（m）：反映圖像整體的輻射狀況標(biāo)準(zhǔn)差（d）：反映圖像信息量大小,.,21,偏斜度（偏度）（s）：反映圖像直方圖分布形狀偏離評價值周圍對稱形狀的程度。正態(tài)分布的偏度為s=0，兩側(cè)尾部長度對稱。s0稱分布具有正偏離，也稱右偏態(tài)。,.,22,陡度（k）（峰度）:表達圖像直方圖的分布形狀。正態(tài)分布的峰度為3。k3稱分布具有過度的峰度。,.,23,邊緣輻射畸變（Rm/Rd）反映輻射不均質(zhì)程度行方向均值矢量的均值和方差增益調(diào)整畸變（Pm/Pd）反映輻射不均質(zhì)程度列方向均值矢量的均值和方差,.,24,.,25,.,26,主要反映圖像包含地物信息的詳細程度，一般用熵來表達。熵的定義有多種，常用的有shannon-wiener熵、條件熵、平方熵、立方熵等。目前Shannon信息熵的應(yīng)用范圍比較廣，這是將遙感影像視作離散無記憶的信源進行計算的方法，也就是認為影像上每個點都是獨立存在的。若考慮影像紋理影響，可將遙感影像視作離散有記憶信源，計算馬爾可夫熵來表達影像信息量。,.,27,其中i為可能的灰度值；p（i）為灰度i的像元出現(xiàn)概率,.,28,.,29,表達影像受干擾的程度，計算方法有方差法、地學(xué)統(tǒng)計法、局部方差法、去相關(guān)法等。此處將圖像噪聲假設(shè)為高斯噪聲分布，采用方差法估算進行計算。SNR=m/其中m為影像均值，為均方差,.,30,圖像細節(jié)邊緣變化的敏銳程度，能反映圖像對微小細節(jié)反差表達的能力。方差和熵一定程度上也能表達清晰度情況，但對清晰度變化不敏感。下面是由邊緣銳度方法改進得到的點銳度算法。,.,31,其中M、N分布號，為影像行列數(shù)，a為相鄰的像元為i像元與相鄰像元間梯度。,.,32,從光譜曲線圖中可以估計高光譜圖像數(shù)據(jù)中一個選定的典型地物（如水，植被）的點在不同波段中位置上的反射率情況；根據(jù)光譜曲線的分布規(guī)律，評價高光譜數(shù)據(jù)是否和理論上的分布規(guī)律相符或近似。,.,33,.,34,空間相關(guān)譜間相關(guān),.,35,空間相關(guān)性是指每個譜段內(nèi)某一像素與其相鄰像素的相似性。,.,36,譜間相關(guān)性是指每個波段圖像的同一空間位置像素具有相似性。光譜圖像的每個波段圖像的像素值，是相同區(qū)域地物在每個波段在各個波段的反射值，他們是具有相關(guān)性的，其相關(guān)性的強弱在很大程度上取決于光譜分辨率。由于不同的波段的圖像所涉及的地面目標(biāo)相同，它們具有相同的空間拓撲結(jié)構(gòu)。,.,37,.,38,.,39,波段1-4與波段1