高光谱遥感分区混合端元提取计算海洋溢油覆盖度

溢油覆盖度的估测是海洋溢油探测与灾害评估的重要内容,受航空航天传感器地面分辨率的限制,准确探测溢油覆盖度比较困难。在海洋风浪及破碎波作用下,溢油往往呈条带状分布。获取的高光谱数据中存在大量的油、水混合像元;传统图像分割方式计算溢油面积存在偏差,且受传感器角度、高度等影响,光谱变异明显,传统端元提取方法很难找到纯像元光谱。提出了一种通过分区混合端元计算海洋溢油覆盖度的探测方法。首先对影像进行分区并使用N-FINDR算法进行端元预选;然后再利用独立分量分析（ICA）方法进行端元精选,按照负熵最大输出得到候选端元,并将地面同步参考光谱作为约束引入相似性溢油端元识别;最后基于非负矩阵分解方法(NMF)求取端元丰度,通过太阳耀斑区的修正,得到真实的溢油覆盖度。分区混合端元的提取较好的解决了全局端元变异及环境适应性差的问题,使精选后的端元具有更好的环境鲁棒性。为更好地衡量该算法精度,采用仿真数据与真实高光谱影像数据相结合进行实验验证。仿真实验中,人工设定溢油丰度,使用均方根误差（RMSE）和丰度估计误差对比评估估计丰度与设定丰度之间的差别,并设计了算法适应性和抗噪实验。结果表明采用MNF和ICA两种高光谱压缩方法,丰度估计误差均低于3%,重构图像的最小均方根误差RMSE最高为0.030 6,且具有较好的抗噪能力,验证了该算法的有效性。真实实验中,使用2011年山东长岛溢油8景机载高光谱影像数据为真实测试数据,由于真实遥感数据往往缺失地面同步丰度数据,导致对算法精度进行评价比较困难,使用仿真数据交互验证与目视解译数据相结合的方法进行精度评价,通过耀斑区修正后估测的机载高光谱成像总的溢油覆盖面积为1.17 km2,溢油覆盖度为22.85%,与现场人工估测面积偏差为2.15%,明显高于传统方法。受海洋破碎波、光谱变异性影响,和航空航天遥感器地面分辨率的限制,海洋溢油遥感中单个像元进行丰度解析是一个难题。基于亚像元丰度分解思想,讨论了海洋溢油覆盖度的问题,提出一种较为完善的海洋溢油覆盖度的计算办法,通过仿真数据和实际的高光谱溢油数据进行了方法的验证,实现了较为客观的自动化溢油覆盖度（丰度）探测方法,可以较为准确的估测海洋溢油的覆盖度,对溢油遥感面积的业务化探测具有积极意义。     

作物植被覆盖度的高光谱遥感估算模型

通过大田试验,使用ASD光谱仪测量了油菜、玉米、水稻三种作物不同覆盖度水平下的冠层光谱,同时拍照获取植被图片并用计算机求算了植被覆盖度。利用三种作物光谱求算“红边”变量,并对波段两两组合求算归一化植被指数(NDVI),建立这些光谱变量与覆盖度之间的估算模型,得到适用于三种作物的最优估算模型和最佳的NDVI波段组合。另外,利用响应函数模拟了TM归一化植被指数,同植被覆盖度进行了相关分析,回归方程的R2达到0.80,并通过了预留数据的检验,为TM数据植被覆盖度估算进行了探索性的研究。     

基于植被光谱监测喀斯特异质性生境可行性研究

选取喀斯特与非喀斯特典型植被及共生植被,基于植被光谱分析和典范对应分析(CCA)探讨喀斯特植被光谱与喀斯特生境的关系。结果表明：在可见光波段范围(400～680 nm)的一阶导数光谱和短波红外波段(1 300～2 500 nm)的反射率光谱,喀斯特与非喀斯特植被光谱具有显著的差异特征;土壤水分含量和钙含量对喀斯特植被光谱特征具有较大影响,CCA二维排序图能够成功地将喀斯特植被与非喀斯特植被区分开。研究表明植被光谱特征与其生境条件密切相关,基于植被光谱特征来监测喀斯特异质性生境是可能的。     

渭干河-库车河三角洲绿洲盐渍化地地物光谱数据分析

地物波谱特性是遥感技术应用的物理基础,是遥感定量分析的基础,地物波谱研究是遥感基础研究的重要内容,文章以新疆塔里木盆地北缘渭干河-库车河三角洲绿洲为研究区,采用美国CID公司生产的CI700便携式野外光谱仪,通过大量的野外调查以及实地测点,分析了该绿洲盐渍化地区的几种典型地物(盐碱地、细沙地、沙丘、棉花地等以及柽柳、骆驼刺、芦苇等)的光谱特性及其变化规律,尤其是对盐渍化地和盐生植被的光谱曲线的差异做出了分析,并根据实际情况,采用移动平均法去噪进行了噪声去除,分析实测光谱数据噪声特征。同时利用导数光谱技术清除植被环境背景影响。最后,为了今后继续研究的方便,在对实测光谱数据进行处理的基础上,利用ENVI软件建立了小型的渭干河-库车河三角洲绿洲主要地物的光谱库,该库可以为渭-库绿洲的地物调查,植被调查、植被分类和环境监测等遥感应用服务。     

新疆天山北坡典型研究区融雪期地物光谱特征分析

地物的波谱特性乃是整个遥感技术的物理基础,更是遥感技术应用尤其是定量遥感的基石。由于融雪期静态地物与冰-雪-水等动态地物交互存在,地物光谱特征更为复杂。选取了新疆天山北坡乌鲁木齐河流域以及军塘湖流域作为典型研究区,采用美国CID公司生产的CI700便携式野外光谱仪,通过2006年到2009年融雪期大量的野外调查和实地测量,获取了新疆天山北坡典型研究区融雪期典型地物包括各种积雪、冰、水以及土壤的光谱曲线及其变化规律,并对其进行了光谱特征分析。结果表明,融雪期虽然地物类型较为单一,但是因为积雪-冰-水-土壤复杂系统的交互式影响,地物的光谱特性及其变化均较为复杂,给融雪期地表参数的定量遥感研究带来了较大的挑战。对于融雪期复杂地物光谱的系列观测及特征分析无论是对于地物光谱特征基础研究还是定量遥感应用研究均具有重要意义。     

雾霾对典型地物光谱曲线测量的影响分析

我国雾霾的发生时间成常年化趋势,且在几十年内都可能存在,雾霾对地物光谱曲线测量的影响是不可避免的,而反射率光谱是众多遥感参数反演的基础,因此定量分析雾霾对典型地物光谱曲线测量的影响是丞需解决的问题。本文以简易的雾霾模拟实验室为基础,实际测量了不同雾霾浓度(晴空,浓度分别为35,75,150)下植被、土壤和水泥地的反射率光谱,同时与室外太阳光照下同一样本进行了对比测量和分析。本文首次综合分析不同雾霾浓度对植被、土壤、水泥地等典型地物反射率光谱曲线测量的影响,对定量分析雾霾对遥感监测、应用的影响具有重要意义。主要的研究结论有：草坪、土壤、水泥地等主要地物测量的反射率光谱曲线在晴空时反射率值最高,反射率光谱曲线也最平滑,随雾霾颗粒物浓度的增加,各主要地物的反射率都呈降低趋势,但降幅都不尽相同,降幅没有明显的规律可循;雾霾对各主要地物测量的反射率的影响,在不同波段、不同含水量状况都不尽相同,因此利用统计规律消除雾霾影响有较大困难。雾霾对地物测量的光谱的影响仍需进一步深入研究。     

陆基条件下典型地物和伪装光谱影响因子分析

近年来,随着军事侦察识别技术的快速发展,用于侦察探测的军事装备已经逐步实现高精度化水平,拥有高技术侦察手段的一方往往可以对目标实施精准打击,大大降低战争胜利的成本.在高光谱成像方面,目前比较成熟的有卫星遥感和高空航空成像技术,这两种成像方式侦察时间大致相同,入射光方向基本一致,并且由于高光谱设备基本垂直于地面,因而反射...     

可调谐地物光谱辐射源研究

介绍了一种以半导体发光二极管(LED)和溴钨灯为光源的光谱可调谐地面景物光谱辐射源,及其系统结构和控制系统设计。利用地物光谱辐射源模拟了大量不同地物光谱,在控制系统中建立了地物光谱数据库,引进了改进型遗传算法匹配出了光谱数据库中的500余种地物光谱。进而详细分析了几种典型地物的光谱匹配相似度,平均光谱匹配误差以及全波段,红,绿,蓝和近红外波段光谱匹配相似度。目标辐亮度为50W·(m2·sr)-1时,地物光谱辐射源平均光谱匹配误差在10%以内,最低可达6.0%;全波段光谱匹配相似度高于0.895,最高可达0.983;对于同一景物光谱红、绿、蓝和近红外波段(特别是绿光和近红外波段)光谱匹配相似度低于全波段,绿光和近红外波段光谱匹配相似度与红光和蓝光波段相比,最大低幅为50%。地物光谱辐射源能够用于光学遥感器的辐射定标,能有效解决光学遥感器的工作目标与定标光源光谱不匹配造成的定标误差。     

空间人造目标混合光谱材料数目确定方法仿真研究

在空间人造目标光谱分析领域,受到观测距离和观测设备空间分辨率的限制,通常在观测空间人造目标光谱信号时,目标某个瞬时视场中的多种纯物质材料的光谱特征信息组合在一个像元中,形成混合光谱.因此,将这些混合光谱分解为每个单一材料的光谱并估计出相应的组成比例是空间人造目标光谱分析研究的重点.大多数现有空间目标光谱分解方法都假...     

运用光谱参数冠层覆盖度建立作物长势及氮营养状态模型

为了探索运用数码照片中光谱(红、绿、蓝)的像素计算得到的冠层覆盖度(canopy cover, CC)对玉米长势及氮素营养状态进行非破坏性监测的技术。通过获取玉米冠层的数码照片图像,定量化数码照片色彩参数与作物叶面积指数(leaf area index, LAI)、冠层干重(shoot dry matter weight, DM)、叶片氮素含量(leaf nitrogen content percentage, N%)之间的关系。试验于2012年和2013年在中国农业科学院试验田进行,运用基于Visual Basic Version 6.0研发的玉米冠层图像分析系统,分析了玉米品种中单909在3个氮素水平条件下分别于9叶展时期、抽雄期和灌浆期的CC、11种色彩指数与植株LAI,DM,N%及产量之间的相关性,并对相关性显著的指标进行了拟合与建模。结果表明,CC与LAI(r=0.93, p＜0.01),DM(r=0.94, p＜0.01),N%(r=0.82, p＜0.01)之间均达到了极显著水平;用CC估算LAI,DM和N%的模型均为幂函数,方程式分别是y=3.281 2x0.763 9,y=283.658 1x0.553 6,y=3.064 5x0.932 9;用与建模相独立的数据对模型验证,结果表明,CC估算LAI模型的实测值与模拟值基于1∶1直线的R2,RMSE和RE分别是0.996,0.035和1.46%;CC估算DM模型的R2,RMSE和RE分别是0.978,5.408 g和2.43%;CC估算N%模型的R2,RMSE和RE分别是0.990,0.054和2.62%。综上所述,模型能够较准确的通过CC估算不同氮肥水平条件下玉米9叶展时期、抽雄期和灌浆期的LAI,DM与N%,表明应用数码相机的光谱信息可实现对玉米生长过程中的生长状况及氮素营养状态进行实时无损快速监测与预测。     

基于端元可变的喀斯特地形复杂区石漠化信息提取

喀斯特山区因地形复杂、地表破碎等特点使得遥感影像中阴影、混合像元及光谱变异现象普遍存在,传统基于多光谱遥感的像元二分法（DPM）在光谱变异和阴影显著的区域难以准确的对喀斯特石漠化（KRD）信息进行提取。采用高光谱遥感的混合像元分解技术可将复杂的混合像元分解为纯净的地物光谱与各地物光谱对应的混合比例,为复杂山区获取更高精度的石漠化信息提供可能。然而,由于光照、环境及大气等诸多因素的变化会引起端元发生不同程度变异,导致在混合像元分解过程中出现显著的误差,其次要从地形复杂、地表异质性强的山区影像上直接获取地物纯净光谱建立用于应对光谱变异的光谱库极其困难。因此,如何在这种情况下应对光谱变异和地形效应,获取有效、准确的对石漠化信息进行提取是当前研究的重点。针对以上问题,采用通过模拟由光照条件造成的地物反射率变化,并考虑每个波长间隔光谱变异情况的广义线性混合模型（GLMM）,以减轻喀斯特地区石漠化信息提取过程中光谱变异与地形效应的影响。首先,从GF-5高光谱影像中提取喀斯特地区主要地物（植被、裸岩、裸土）的典型代表性光谱,然后基于提取的地物光谱模拟不同光照下每个像元光谱的变异情况,选择最适合的光谱组合对像元进行分解,得到最优的解混效果。为了验证方法的可靠性,利用高分辨率影像目视解译的结果作为参考对方法预测结果进行验证,同时选择未考虑端元变异的全限制最小二乘法（FCLSU）和DPM进行对比。结果表明,在地形高度复杂的喀斯特山区,考虑阴影、混合像元及光谱变异是必要的,GLMM在石漠化信息提取中总精度达到了84.89%,明显高于其他两种方法的59.68%和67.34%。通过对光照区和阴影区分别进行精度检验,发现GLMM在光照区与阴影区有着相似的精度表现,而另外两者则差异较大,阴影区明显低于光照区。这反映GLMM能较为有效地减轻地形效应的影响,对喀斯特石漠化信息提取的精度有一定提升。     

黄土丘陵区林草地枯落层盖度遥感估算研究

枯落层盖度的定量估算对于植被防蚀功效的评价具有重要作用。在陕北黄土丘陵沟壑区选取典型落叶林和退耕草地作为光谱测试样地,通过室内和野外实验分析枯落层—土壤混合场景的光谱变化规律,研究高光谱指数NDLI(normalized difference lignin index)和CAI(cellulose absorption index)估算枯落层盖度的有效性。结果表明,受颜色及含水量等因素的影响,不同盖度枯落层—土壤混合场景的光谱反射率呈现不同的变化规律。干和湿状态下,随着枯落层盖度的增加混合场景的NDLI、CAI指数值均呈现增大的趋势,CAI与枯落层盖度的相关性高于NDLI,R2最高为0.98(阔叶林和退耕草地干的混合场景),CAI能够更有效地估算枯落层盖度。野外实测验证了室内实验结果,退耕草地混合场景的CAI值与枯落层盖度相关性最高(R2=0.90),野外条件下两种高光谱指数估算枯落层盖度的有效性均有一定程度的降低。该研究为枯落层盖度的遥感定量反演提供了基础与依据。     

部分临床药物的拉曼光谱研究

针对目前临床药物拉曼光谱的缺乏和药物检测领域的现状,利用拉曼光谱技术对抗生素、抗组织胺、血凝酶和止吐剂等几类常用临床药物进行了拉曼光谱的测量和研究。通过观测上述具有良好拉曼活性的药物样品拉曼光谱,不仅确定了样品拉曼峰的位移、强度和线宽,还探索了其包络的线形等光谱特性。通过分析和比较拉曼光谱图,找出各药物间的异同; 对于那些由于拉曼活性低或拉曼光谱的复杂样品,虽然暂时无法识别,但也进行了尝试性的测量或提出了测量建议。研究表明: 小分子药物的光谱特征很明显,拉曼峰分布较广, 对其进行光谱识别简单易行; 而大分子都表现出较弱的光谱特征峰, 常常伴随复杂的包络,不仅导致了对其光谱识别的困难, 也很难准确确定特征峰位置。对于不同药物,提出了用拉曼光谱测量和分析其药物成分的可行性,并通过分析其拉曼光谱的特性, 为医学工作者识别和分析药物成分提供了实验证据。不仅为建立药物的拉曼光谱数据库奠定了基础。还使业界看到了快速识别和检测药物的前景,从而促进拉曼光谱技术在药物检测上的运用。     

部分动植物油的拉曼光谱研究

利用拉曼光谱技术分别研究了植物油和动物脂肪油的光谱特性。通过自适应迭代惩罚最小二乘法的基线校正方法, 对所测得的拉曼光谱进行了数据处理,获得了它们的微观信息。进而通过选取其中部分油的拉曼光谱,进行了植物油的光谱、动物脂肪油的光谱以及动物脂肪油和植物油之间的光谱比较和分析,从而发现了多种植物油光谱(包括多个频移范围内的频移大小以及强度大小)的差异,也发现了动物脂肪油与植物油的拉曼光谱间的差异。不但提供了辨识不同食用油的光谱依据,也证明了拉曼光谱是一种识别不同油品的有效方法。     

关于加罩电极罩作用机理的讨论

对加罩电极的罩作用机理提出了自己的看法,与同行们共同讨论,这对更好地认识和掌握加罩电极法有好处,也对今后相关技术的发展有好处。     

可见光-近红外、中红外光谱的土壤有机质组分反演

土壤有机质是土壤肥力的物质基础,其含量的高低是评价土壤肥力的重要标志.土壤有机质组分根据其溶解性可分为胡敏素(HM)、胡敏酸(HA)、富里酸(FA),不同组分的肥力特性差异显著,因此,土壤有机质组分数据可更加全面、客观的反映土壤肥力状况.传统土壤土壤有机质及组分的测定工序繁杂,效率低下且时效性差,大量研究表明高光谱技术...     

基于稀疏子空间的类星体光谱异常特征并行提取与分析

类星体是人类所观测到的最遥远天体,对于了解早期宇宙的演化具有重要科学意义.由于类星体距离地球较远,其红移一般较大,导致在光学观测窗口中只有很少的特征(发射线),且难以识别.类星体光谱的异常特征提取与分析可对未知类星体的识别,提供有效的判别依据.离群检测作为数据挖掘领域的一个主要研究内容,旨在发现那些稀有、特殊数据对象及...     

基于相关子空间的双峰发射线光谱特征提取与分析

低分辨率天体光谱中呈现的双峰发射线轮廓可能反映着比较珍稀的物理现象,如双活动星系核（AGNs）、双超大质量黑洞（SMBH）、喷流云与窄线区的相互作用,也可能是光谱处理过程产生的低质量特征线。双峰发射线轮廓一般由2个或2个以上的波峰构成,对该特征进行提取并分析,可作为双AGN、星系对、双黑洞等稀有天体更有效的搜寻依据,从而有助于更深入地研究星系乃至宇宙的形成与演化。提出一种新的基于相关子空间的双峰发射线特征提取与分析方法,主要工作分为以下三部分：首先利用稀疏差异因子δ度量双峰发射线光谱中属性差异程度,利用KNN方法约束参与稀疏差异因子计算的光谱范围,在此基础上,针对LAMOST低分辨率光谱给出基于相关子空间的特征提取方法;其次,为了验证稀疏差异因子σ以及KNN的输入参数k对双峰发射线光谱的适应性,选择LAMOST双峰发射线光谱样本及普通星系光谱数据,红移范围z<0.3（确保Hα,Hβ,[OⅢ]λλ4 959, 5 007,[NⅡ]λλ6 548, 6 584,[SⅡ]λλ6 717, 6 731等发射线落在LAMOST波长覆盖范围）,获得训练集光谱总数332+332（正负样本）条,并借助人眼检查分析该方法中的两个参数：k和δ阈值α对结果的影响,实验表明,当k=18,α=0.6时,相关属性分布较密集且稀疏点较少,结果比较理想;最后,对332条双峰发射线光谱特征子空间所在的波长区间、双峰红/蓝移间隔、双峰线强比等进行了理论分析、测量及人眼认证的基础上,给出了基于相关子空间的双峰发射线特征表述。此外,从双峰特征子空间上不同的发射线激发机制（[OⅢ]/[NⅡ]/[SⅡ]等禁线、Hα、Hβ等氢线）及相关特征子空间上线强关系等角度,对样本中双峰轮廓进行了分析。     

基于光谱分析技术的肉桂醛与玉米醇溶蛋白作用机理的研究

通过荧光光谱、紫外光谱、圆二色谱、红外光谱、核磁共振光谱研究肉桂醛与玉米醇溶蛋白间的作用机理,为改善玉米醇溶蛋白膜的机械性能及抗菌性和抗氧化性提供研究依据。通过三维荧光光谱检测,发现肉桂醛对玉米醇溶蛋白有明显的荧光猝灭作用,而且溶剂乙醇对猝灭现象有影响。用紫外差谱观察到玉米醇溶蛋白在紫外区278 nm的吸收强度随肉桂醛浓度增大而加大,但增加的幅度与浓度改变不成比例,氨基酸残基的特征吸收峰的位置没有变化。加入肉桂醛前后,圆二色谱显示的两条曲线近乎重合。利用全反射ATR附件测定傅里叶变换红外光谱,发现加入肉桂醛之后,1 650和1 538 cm-1的吸收峰峰位没有发生明显的变化,但1 625 cm-1处出现了明显的肩峰,体现了肉桂醛碳碳双键的吸收,指纹区879.44 cm-1处的峰消失,973.46 cm-1处出现新峰,显示出肉桂醛反式双键的吸收,说明玉米醇溶蛋白与肉桂醛发生了非键合作用。对酰胺Ⅰ带进行自去卷积计算,发现玉米醇溶蛋白的二级结构中α螺旋结构变化甚微,β转角发生显著改变。通过核磁共振氢谱,分析4个位置的质子H的化学位移,仅改变了0.01,而且加入肉桂醛1和4 h之后,化学位移改变量相等,证明肉桂醛与玉米醇溶蛋白的结合反应发生在蛋白表面。对体系的热力学参数进行计算,可知肉桂醛与玉米醇溶蛋白之间发生的是结合比为1∶1的自发结合反应;在肉桂醛低浓度时,猝灭常数随温度的升高而降低,但变化不显著;结合常数很大,数量级达到105,且随温度的升高而降低。在有无肉桂醛的条件下,对玉米醇溶蛋白荧光寿命的测定,进一步确认二者之间发生的是静态猝灭。综合多种光谱分析结果,说明肉桂醛与玉米醇溶蛋白主要在芳香区的外部发生π-π堆积,以静电力结合,是静态猝灭机制,与作用时间的长短无关。结果表明玉米醇溶蛋白中加入肉桂醛,对其二级结构不会造成明显的影响。