高光譜數(shù)據(jù)是一種多維度信息集合，它在傳統(tǒng)的二維圖像數(shù)據(jù)（空間維和光譜維）基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)光譜維度，形成了三維立方體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。那么，高光譜數(shù)據(jù)有哪些呢？本文從多個(gè)方面詳細(xì)介紹了高光譜數(shù)據(jù)。

?

高光譜數(shù)據(jù)獲取方法

獲取高光譜數(shù)據(jù)通常依賴高光譜成像儀器，這些儀器分為空基（如衛(wèi)星或無人機(jī)）、機(jī)載和地面平臺幾種。通過成像光譜儀在多個(gè)狹窄的連續(xù)光譜通道內(nèi)成像，可以同時(shí)獲取圖像和每個(gè)像元對應(yīng)的光譜信息。

常見的成像光譜儀有SINESPEC，其產(chǎn)品包括高光譜相機(jī)、高光譜成像儀、顯微鏡高光譜成像系統(tǒng)、無人機(jī)高光譜成像系統(tǒng)等。

每一個(gè)像元不再僅僅代表一種或幾種波段的反射率信息，而是連續(xù)、精細(xì)的光譜曲線，包含了豐富的光譜信息。這種數(shù)據(jù)形式使得我們能夠更準(zhǔn)確地識別地物類型、監(jiān)測環(huán)境變化、分析物質(zhì)成分等。

?

高光譜數(shù)據(jù)格式

1.?ENVI格式

ENVI（Environment for Visualizing Images）是一種常用的高光譜數(shù)據(jù)格式，使用二進(jìn)制文件存儲數(shù)據(jù)，同時(shí)還包含一個(gè)頭文件（.hdr）來描述數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)信息，包括數(shù)據(jù)的尺寸、波段信息、像元大小等。

2.?HDF格式

HDF（Hierarchical Data Format）是一種用于存儲和管理科學(xué)和工程數(shù)據(jù)的格式，適用于高光譜、遙感和氣象數(shù)據(jù)等。HDF格式具有層次結(jié)構(gòu)，可以存儲多維、大規(guī)模的數(shù)據(jù)。常見的HDF格式包括HDF4和HDF5。

3.?NetCDF格式

NetCDF（Network Common Data Form）是一種自描述的數(shù)據(jù)格式，用于存儲科學(xué)數(shù)據(jù)，包括高光譜數(shù)據(jù)。NetCDF格式具有可擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)，可以存儲多維數(shù)組和元數(shù)據(jù)。一般以.nc擴(kuò)展名保存。

4.?ASCII格式

ASCII（American Standard Code for Information Interchange）格式是一種文本格式，將每個(gè)像元的光譜數(shù)據(jù)以文本形式存儲，一般以逗號、制表符或空格分隔不同的值。ASCII格式簡單易懂，但文件大小較大。

5.?其他格式

還有一些其他格式可用于存儲高光譜數(shù)據(jù)，如BSQ（Band Sequential）格式、BIL（Band Interleaved by Line）格式、BIP（Band Interleaved by Pixel）格式等，它們以不同的方式將高光譜數(shù)據(jù)存儲為二進(jìn)制格式。

?

高光譜數(shù)據(jù)特點(diǎn)分析

1. 光譜分辨率高：高光譜數(shù)據(jù)能夠在很窄的光譜范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)采樣，光譜分辨率遠(yuǎn)高于多光譜數(shù)據(jù)。

2. 信息量大：由于光譜分辨率的提高，使得數(shù)據(jù)中的信息量成倍增加，為后續(xù)的分析和處理提供了更多的選擇。

3. 數(shù)據(jù)維度高：由于增加了光譜維度，數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜性和計(jì)算量也相應(yīng)增加。

?

高光譜數(shù)據(jù)處理流程

我們以功能強(qiáng)大的遙感數(shù)據(jù)處理軟件ENVI（Environment for Visualizing Images）為例介紹。它提供了許多功能模塊，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入、預(yù)處理、特征提取、分類和可視化等操作。下面是ENVI高光譜數(shù)據(jù)處理流程的詳細(xì)介紹。

1.?數(shù)據(jù)導(dǎo)入

首先，我們需要將高光譜數(shù)據(jù)導(dǎo)入ENVI軟件。ENVI支持導(dǎo)入多種高光譜數(shù)據(jù)格式，如Hyperion、AVIRIS等?？梢酝ㄟ^ENVI的文件菜單選擇導(dǎo)入數(shù)據(jù)或者使用ENVI API導(dǎo)入數(shù)據(jù)。

2.?數(shù)據(jù)預(yù)處理

在數(shù)據(jù)導(dǎo)入之后，我們需要對高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以減少噪聲和增強(qiáng)圖像的質(zhì)量。ENVI提供了多種數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，包括大氣校正、大氣校正和去除噪聲?？梢愿鶕?jù)數(shù)據(jù)的需求選擇適當(dāng)?shù)念A(yù)處理方法。

3.?特征提取

特征提取是高光譜數(shù)據(jù)分析的關(guān)鍵步驟。在這一步驟中，我們可以利用ENVI提供的各種特征提取算法來提取數(shù)據(jù)中的有用信息。ENVI提供了許多特征提取算法，包括主成分分析（PCA）、線性判別分析（LDA）、最大似然分類（MLC）等。

4.?分類

分類是高光譜數(shù)據(jù)處理的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。ENVI提供了多種分類算法，用于將數(shù)據(jù)分成不同的類別?？梢允褂肊NVI的分類工具對特征提取后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，根據(jù)分類結(jié)果進(jìn)行應(yīng)用。

5.?可視化

可視化是高光譜數(shù)據(jù)處理的最后一步。ENVI提供了豐富的可視化工具，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化和可視化分析?？梢酝ㄟ^ENVI的圖像菜單選擇適當(dāng)?shù)目梢暬ぞ撸⒏鶕?jù)需要生成圖像。

?

高光譜數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域

高光譜數(shù)據(jù)在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，包括但不限于：

1. 農(nóng)業(yè)：用于監(jiān)測作物生長狀態(tài)、識別病蟲害、評估作物產(chǎn)量等。

2. 環(huán)境監(jiān)測：檢測水質(zhì)、空氣質(zhì)量、土壤成分等，評估環(huán)境質(zhì)量。

3. 軍事偵察：識別偽裝目標(biāo)、監(jiān)測敵方動(dòng)態(tài)等。

4. 城市規(guī)劃：城市規(guī)劃師可以利用高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行城市綠地監(jiān)測、城市熱島效應(yīng)分析等。

?