基于室内高光谱激光雷达的典型树种叶片光谱观测和分类

发布时间：2020-12-11 13:20

　　高光谱激光雷达综合了高光谱和激光雷达特征,可为植被生理生化参数提取提供更加精确的遥感探测,但其应用潜力尚未得到充分挖掘。以北京10个典型树种的单叶为样本,开展室内高光谱激光雷达的叶片观测试验,并进行树种分类研究,为未来高光谱激光雷达的林业应用提供基础。首先进行可调谐高光谱激光雷达(Hyperspectral LiDAR,HSL)叶片高光谱测量,并完成与ASD地物光谱仪所测数据对比实验;其次,应用随机森林方法实现10种叶片的分类研究,其输入的特征指数为融合全部波段、部分敏感波段的光谱指数。结果表明:(a)HSL在波段650～1000 nm (71个通道)内观测的叶片高光谱和ASD光谱一致(R~2=0.9525～0.9932,RMSE=0.0587);(b)只用原始波段反射率分类精度为78.31%,其中分类贡献率最大波段的是650～750 nm,使用此波段进行分类精度为94.18%,表明利用红边波段(650～750nm)进行树种分类是十分有效的;(c)对树种敏感的波段为680 nm、685 nm、690 nm、715 nm、720 nm、725 nm、730 nm;(d)结合敏感波段光谱指... 

【文章来源】：红外与毫米波学报. 2020年03期 第372-380页 北大核心

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【部分图文】：

图１可调谐高光谱激光雷达工作示意图??Ｆｉｇ．?１?Ｔｕｎａｂｌｅ?ＨＳＬ?ｓｙｓｔｅｍ?ｗｏｒｋｉｎｇ?ｄｉａｇｒａｍ??４５

３７６??红外与毫米波学报??６５０?７００?７５０?８００?８５０?９００?９５０?１０００??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ／ｎｍ??图４?１０种叶片光谱反射率曲线（可调谐高光谱激光雷达测??量）??Ｆｉｇ．?４?Ｓｐｅｃｔｒａｌ?ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ?ｃｕｒｖｅｓ?ｏｆ?１７?ｋｉｎｄｓ?ｏｆ?ｌｅａｖｅｓ?ｂｙ??ＨＳＬ??图５是叶片ＡＳＤ地物光谱仪测量的观测曲线。??可以发现，由于没有使用积分球，同时探头和叶片??的距离和位置（叶脉和叶肉的光谱有差异）有微小??变动，导致每种叶片的光谱曲线存在一定的波动。??３．９卷??波段的反射率，进行叶片分类；然后，筛选出最佳的??波段范围之后，将最佳波段以及对应的植被指数作??为预测变量进行分类，其目的是找到特殊的某些波??段范围，为以后输入参数的波段选择和应用打下基??矗其次，米用ｂｏｏｔｓｔｒａｐ重米样方法，训练出适用于??该叶片分类的随机森林模型。最后，将选择的波段??和反射率输入到构建的随机森林模型中，预测所属??叶片种类，分类的最终结果按每个决策树分类器的??投票多少决定。??本实验中高光谱激光雷达数据处理的实验方??法可以总体归纳为３步：高光谱数据采集—数据预??处理—叶片分类。其中在高光谱数据采集时，为了??消除噪声的干扰，本实验将激光能量调至最强，只??选取大于５ｍＶ的回波信号；并且为了让每个叶片的??数据具有代表性，选取了?８个随机分布的点测量，且??每个点在每个波长时测量８次反射率。数据预处理??过程中，我们采用高斯滤波的方法消除了噪声的影??响。叶片分类过程中，采用具有强大分类能力的随??机森林方法，从而实现对不同树种叶片的分类。??

光讲激圯黹达测Ｗ：发射枣??资０??Ｓ０??Ｓ－０??莒０??苌〇??ｙ＝０．６９６７ｘ＋０．０！７１??沪＝０．９６１５??０?０?１?０．２?０．３?０４?０．５?０．６?０?０．１?０．２?０．３?０．４?０．５?０．６??紫树怀光潸瀲光讲达测６１发射氺?银杏尚光湔瀲光茁达测吡发射率??０?０．１?０．２?０．３?０．４?０．５?０．６?０?０．１?０．２?０．３?０．４?０．５?０．６??杜仲崧光讲激光讲达测世发射率?玉兰豳光Ｉｔｔ激光黹达测ＩＳ发射車??图６?１０种树种叶片的ＬｉＤＡＲ光谱和ＡＳＤ光谱的对比??Ｆｉｇ．?６?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ＬｉＤＡＲ?ａｎｄ?ＡＳＤ?ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ?ｏｆ?１０??ｓｐｅｃｉｅｓ?ｌｅａｖｅｓ??香、栾树、国槐存在显著差异，银杏与山楂、旱柳、国??槐、栾树、七叶树、杜仲．构树、朵古栎、水杉存在显??著差异。??从ｒｅＮＤＶ丨的多ｉＴ！：比较可以看出，白蜡与其余９??种叶片均存在显著差异，国槐、山桃与其他８种叶片??均存在显著差异，但国槐与山桃之间无显著性??差异。??从Ｖ０Ｇ丨的多重比较可以看出，国槐、山桃与其??他８种叶片均存在显著差异，但国槐与山桃之间无??显著性差异，其结果与ｒｅＮＤＶ丨的结果相同。。??究其原因，国槐与山桃叶片的叶脉相比其他树??６５０?７００?７５０?８００?８５０?９００?９５０?１０００??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ／ｎｍ??阁５?ＡＳＤ光谱仪测Ｂ叶片光谱曲线??Ｆｉｇ．?５?Ｔｈｅ?ｓｐｅｃｔｒａｌ?ｃｕｒｖｅｓ?ｍｅａｓｕｒｅｄ?ｂｙ?ＡＳＤ?ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ??２．２主被动光谱数据相关性分


本文编号：2910598