光谱数据处理及其在植被信息提取中的应用

郝建亭

【摘要】： 地物的光谱特征研究是现代遥感技术的重要组成部分,地物的光谱特征也是识别地物的主要标志之一。高光谱遥感的最重要特征是图谱合一,光谱信息是高光谱技术的重要优势,其应用过程需要地面实测光谱和图像光谱相结合。因此,地物光谱的采集获取与处理至关重要,光谱质量直接影响到应用结果。本研究以ASD FieldSpec~(?)Pro FR全波段野外光谱仪为光谱数据获取手段,以提取植被光谱信息为目标,设计光谱采集方案,进行野外光谱数据测量和植被光谱特性研究。本文围绕植被信息的提取,着重研究了植被的光谱特性和光谱数据处理技术以及与信息提取相关的光谱匹配技术。使用Envi遥感软件对光谱数据进行预处理及各种变换以突出光谱数据的细微差别,这有利于光谱数据的对比分析。本文主要内容如下: (1)根据高光谱植被研究的需要,分析确定研究所需数据及其类型,设计光谱采集方案,使用ASD光谱仪进行地物光谱数据测量。由于光谱数据易受大气条件、仪器参数性能、地形、目标本身光谱特性等因素影响,需要对光谱数据的进行预处理,以消除仪器本身噪声及外界条件的影响。 (2)对现有的光谱匹配处理技术如二值编码匹配、光谱角度匹配、光谱吸收指数、光谱特征拟合、光谱匹配滤波等和混合像元问题进行研究分析,选择适用本文研究的方法进行应用实验。 (3)选定研究区进行应用实例研究,在高光谱处理软件ENVl支持下,分别对植被实测光谱和遥感图像进行光谱处理,对研究区植被信息进行提取,并对识别效果进行评价。 (4)将高光谱数据采样到ASTER数据的波段范围,建立两者联系。与传统的分类方式对比,分析高光谱数据参与ASTER数据分类的优势,并进行精度评价。

【关键词】：光谱数据处理 植被信息 野外光谱 ENVI
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：Q94-3
【目录】：

摘要4-5
Abstract5-9
第1章引言9-13
1.1 论文选题依据与意义9-10
1.2 国内外研究现状10-11
1.3 论文主要研究内容11
1.4 研究方案、技术路线与关键技术问题11-13
1.4.1 研究方案11
1.4.2 技术路线11-12
1.4.3 拟解决的关键性问题12-13
第2章地面光谱数据采集13-23
2.1 数据采集原理13-14
2.2 数据采集影响因素14-18
2.2.1 参考(标准)白板14-15
2.2.2 光照条件15-16
2.2.3 大气特性16-17
2.2.4 地物目标特性17-18
2.3 数据采集方案设计18-20
2.3.1 时间和测量点的选择18
2.3.2 观测/光线照射的角度18-19
2.3.3 野外记录19-20
2.3.4 仪器选择及操作20
2.4 光谱数据采集20-23
2.4.1 优化光谱仪21
2.4.2 采集暗电流21
2.4.3 测定白板21
2.4.4 目标光谱测量过程21-23
第3章光谱数据处理技术23-35
3.1 光谱反射率获取23
3.2 光谱预处理23-25
3.2.1 光谱平滑去噪23-24
3.2.2 剔除水汽吸收波段24-25
3.3 光谱数据转换25-29
3.3.1 光谱微分25-26
3.3.2 光谱倒数26-27
3.3.3 光谱对数27
3.3.4 光谱平方根27-28
3.3.5 光谱重采样28-29
3.3.6 光谱数据库29
3.4 光谱匹配技术29-33
3.4.1 二值编码匹配(Binary Encoding)30
3.4.2 光谱角度匹配(Spectral Angle Maping--SAM)30-31
3.4.3 光谱吸收指数31-32
3.4.4 光谱特征匹配(Spectral Feature Fitting--SFF)32
3.4.5 光谱匹配滤波(Matched Filter)32-33
3.5 混合光谱分解33-35
3.5.1 混合光谱模型33-34
3.5.2 像元光谱分解34-35
第4章植被信息提取方法35-40
4.1 植被信息提取的原理35-36
4.2 植被信息提取的方法36-40
4.2.1 非监督分类和监督分类37
4.2.2 植被指数37-40
第5章光谱数据在植被信息提取中的应用40-52
5.1 研究区概况40-41
5.2 遥感影像数据处理41-46
5.2.1 遥感影像辐射校正41-46
5.2.2 遥感影像几何校正46
5.3 光谱数据支持的信息提取46-52
5.3.1 植被指数提取46-47
5.3.2 光谱角分类(SAM)47-49
5.3.3 植被盖度信息提取49-52
结论52-53
致谢53-54
参考文献54-56

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	【引证文献】
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前1条

1	张飞;干旱区典型绿洲盐渍地地物光谱特征研究[D];新疆大学;2011年

	【参考文献】
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前10条

1	范文义,杜华强,刘哲;科尔沁沙地地物光谱数据分析[J];东北林业大学学报;2004年02期
2	杨可明;郭达志;;植被高光谱特征分析及其病害信息提取研究[J];地理与地理信息科学;2006年04期
3	陈江;王安建;黄妙芬;;多种类植被覆盖地区ASTER影像岩石、土壤信息提取方法研究[J];地球学报;2007年01期
4	李慧,陈健飞,余明;线性光谱混合模型的ASTER影像植被应用分析[J];地球信息科学;2005年01期
5	田庆久,闵祥军;植被指数研究进展[J];地球科学进展;1998年04期
6	赵书河;;高分辨率遥感数据处理方法实验研究[J];地学前缘;2006年03期
7	陈志伟,郭志民,陈永宝;遥感影像图的配准、校正方法[J];福建水土保持;2001年01期
8	王晓红,聂洪峰,杨清华,汪劲,李成尊;高分辨率卫星数据在矿山开发状况及环境监测中的应用效果比较[J];国土资源遥感;2004年01期
9	杨波,吴德文,陈云浩,李京,朱谷昌;矿化信息提取的混合蚀变遥感模型——以鹰嘴山金矿区为例[J];国土资源遥感;2005年01期
10	陶秋香,张连蓬,李红梅;植被高光谱遥感分类中训练样本的选择方法[J];国土资源遥感;2005年02期

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前2条

1	王秀珍;水稻生物物理与生物化学参数的光谱遥感估算模型研究[D];浙江大学;2001年
2	张连蓬;基于投影寻踪和非线性主曲线的高光谱遥感图像特征提取及分类研究[D];山东科技大学;2003年

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前7条

1	陆海燕;不同水肥条件冬小麦主要农艺理化参量变化及其遥感反演[D];中国农业大学;2003年
2	李晓琴;基于遥感的北京山区植被覆盖景观格局动态变化研究[D];中国农业大学;2003年
3	祝善友;高光谱遥感信息提取及其分类研究[D];山东科技大学;2003年
4	徐元进;高分辨率光谱遥感地面建模研究[D];中国地质大学;2004年
5	王娅娟;基于ASTER的穗帽变换与区域蒸散模型研究[D];中国农业大学;2005年
6	王丽;基于Landsat-TM的地物光谱分析及沙化土地信息提取[D];河南大学;2005年
7	张建国;遥感多光谱成矿信息提取与成矿预测[D];中南大学;2005年

	【共引文献】
	【共引文献】

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前10条

1	王陆林;刘贵如;蒋朝根;;基于WLAN的嵌入式视频监控系统的研究与设计[J];安防科技;2008年05期
2	隋学艳;朱振林;朱传宝;杨丽萍;姚慧敏;郭洪海;;基于MODIS数据的山东省小麦株高遥感估算研究[J];山东农业科学;2009年02期
3	褚进海;彭鹏;李郑;贾丽萍;;遥感技术在矿山遥感调查与监测中的应用[J];安徽地质;2009年03期
4	陈军;王洪仁;;基于高光谱红边参数的棉花冠层覆盖度提取研究[J];安徽农学通报(上半月刊);2009年09期
5	张莉娜;;土壤表层有机质空间分析的遥感技术应用综述[J];安徽农学通报(上半月刊);2010年17期
6	盛晓燕;;榆林风沙草滩区5种沙生植物营养成分分析对比[J];安徽农学通报(上半月刊);2011年03期
7	彭海琴;李娟;马晋;何国富;;遥感与GIS技术在环境科学中的应用研究[J];安徽农学通报(上半月刊);2011年05期
8	刘占宇;周湾;张莉丽;;入侵植物加拿大一枝黄花的高光谱特性研究[J];安徽农学通报(上半月刊);2011年07期
9	王家强;柳维扬;吕双庆;;遥感技术在棉花氮素营养诊断上的应用[J];安徽农业科学;2006年22期
10	陆伟;毛罕平;;高光谱技术在作物信息诊断监测中的应用[J];安徽农业科学;2007年06期

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前10条

1	汪震;洪津;张冬英;罗军;;液晶可调谐滤光片在遥感探测中的应用研究[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年
2	潘振祥;段嵘峰;曹千红;杨大志;;高分辨率卫星影像GPS像控点数据库建设研究[A];河南省地质调查与研究通报2007年卷（上册）[C];2007年
3	饶欢;张智勇;;一种基于ENVI的区域环境分析方法[A];河南地球科学通报2008年卷（下册）[C];2008年
4	宋会传;赵永兰;;多时相卫星影像在矿产资源调查与监测中的应用[A];河南地球科学通报2010年卷（下册）[C];2010年
5	王敬钊;王良桂;袁素霞;刘春;明军;;基于3S技术的植物资源监测研究进展[A];中国观赏园艺研究进展2011[C];2011年
6	杨洁;王朝辉;;遥感监测中变化信息提取的方法探讨[A];江苏省测绘学会2011年学术年会论文集[C];2011年
7	黄灵光;方豫;任盛明;曾勋;;江西省农情遥感监测系统的应用与改进[A];全国农业遥感技术研讨会论文集[C];2009年
8	王静;郭铌;王振国;李小媛;;甘南草地地上部生物量遥感监测模型[A];全国农业遥感技术研讨会论文集[C];2009年
9	龚绍琦;王鑫;沈润平;刘振波;李云梅;;滨海盐土重金属高光谱遥感研究[A];全国农业遥感技术研讨会论文集[C];2009年
10	马丽新;王纪存;曾庆斌;马瑜宏;;遥感技术在矿山开发动态监测中的方法[A];第二届“测绘科学前沿技术论坛”论文精选[C];2010年

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前10条

1	穆振侠;高寒山区降水垂直分布规律及融雪径流模拟研究[D];新疆农业大学;2010年
2	郑光辉;江苏部分地区土壤属性高光谱定量估算研究[D];南京大学;2011年
3	姚伏天;基于高斯过程的高光谱图像分类研究[D];浙江大学;2011年
4	邓睿;多源遥感数据和GIS支持下的台风影响研究[D];浙江大学;2010年
5	杨国鹏;基于机器学习方法的高光谱影像分类研究[D];解放军信息工程大学;2010年
6	徐国端;青海祁漫塔格多金属成矿带典型矿床地质地球化学研究[D];昆明理工大学;2010年
7	陈兵;基于多平台棉花黄萎病的遥感监测研究[D];石河子大学;2010年
8	黄远程;高光谱影像混合像元分解的若干关键技术研究[D];武汉大学;2010年
9	李金文;基于水稻叶片生理生态学特征的氮营养诊断[D];浙江大学;2010年
10	陈进;高光谱图像分类方法研究[D];国防科学技术大学;2010年

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前10条

1	胡红;矿区植物胁迫作用与遥感信息提取[D];山东科技大学;2010年
2	冯彦平;矿山开采影响下的环境遥感监测与评价[D];山东科技大学;2010年
3	邢著荣;基于辐射传输模型和CHRIS数据反演春小麦LAI[D];山东科技大学;2010年
4	李新芝;基于多源遥感数据的矿区植被信息监测方法研究[D];山东科技大学;2010年
5	雷彤;基于高光谱的苹果花期果期光谱特征分析及其果量估测[D];山东农业大学;2010年
6	宋晓玥;基于TDPCA与SPIHT的高光谱压缩和降维算法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
7	邓禄群;高光谱图像类别信息相关技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8	胡春梅;基于数据源优化的高光谱图像异常检测算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9	韩月娇;基于RS的阜新地区自然生态修复监测研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
10	张兴娟;石家庄市绿地调查研究与分析[D];辽宁工程技术大学;2009年

	【同被引文献】
	【同被引文献】

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前10条

1	佟才,王志平,段丽杰;盐渍化土地恢复调控的研究进展[J];北方环境;2004年05期
2	肖青;李敏;;机载光学图像至卫星光学图像转换方法研究[J];北京师范大学学报(自然科学版);2007年03期
3	叶泽田,顾行发;利用MIVIS数据进行遥感图像模拟的研究[J];测绘学报;2000年03期
4	张飞;塔西甫拉提·特依拜;丁建丽;何祺胜;;塔里木盆地北缘绿洲盐渍化地地物光谱特征分析[J];东北林业大学学报;2008年06期
5	徐元进;胡光道;张振飞;;包络线消除法及其在野外光谱分类中的应用[J];地理与地理信息科学;2005年06期
6	周萍;王润生;阎柏琨;杨苏明;王青华;;高光谱遥感土壤有机质信息提取研究[J];地理科学进展;2008年05期
7	陈云浩,李晓兵,谢锋;我国西北地区地表反照率的遥感研究[J];地理科学;2001年04期
8	刘三超,张万昌,蒋建军,赵登忠;用TM影像和DEM获取黑河流域地表反射率和反照率[J];地理科学;2003年05期
9	翁永玲;宫鹏;;土壤盐渍化遥感应用研究进展[J];地理科学;2006年03期
10	张凯;郭铌;王润元;司建华;王小平;;西北荒漠草甸植被光谱反射特征研究[J];地球科学进展;2006年10期

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前2条

1	刘伟东;高光谱遥感土壤信息提取与挖掘研究[D];中国科学院研究生院（遥感应用研究所）;2002年
2	肖青;机载遥感数据的定量化研究[D];中国科学院研究生院（遥感应用研究所）;2002年

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前5条

1	白继伟;基于高光谱数据库的光谱匹配技术研究[D];中国科学院研究生院（遥感应用研究所）;2002年
2	杜华强;荒漠化地区高光谱遥感数据预处理及地物光谱重建的研究[D];东北林业大学;2002年
3	谢伯承;基于高光谱遥感不同发生层土壤的光谱信息的提取研究[D];西北农林科技大学;2004年
4	陈劲松;塔里木河流域生态环境遥感监测研究[D];长安大学;2005年
5	江红南;基于3S技术的干旱区土壤盐渍化时空演变研究[D];新疆大学;2007年

	【二级引证文献】
	【二级引证文献】

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前1条

1	周正;天山北坡典型研究区融雪期积雪光谱特征分析[D];新疆大学;2012年

	【二级参考文献】
	【二级参考文献】

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前10条

1	阿布都瓦斯提·吾拉木,秦其明,朱黎江;基于6S模型的可见光、近红外遥感数据的大气校正[J];北京大学学报(自然科学版);2004年04期
2	曾辉,郭庆华,刘晓东;景观格局空间分辨率效应的实验研究──以珠江三角洲东部地区为例[J];北京大学学报(自然科学版);1998年06期
3	慕美财，韩守良，单玉珊，张晋秋，曲家彩;高产小麦土、肥、水综合效应及其技术指标的研究[J];北京农学院学报;1995年02期
4	章文波,符素华,刘宝元;目估法测量植被覆盖度的精度分析[J];北京师范大学学报(自然科学版);2001年03期
5	李双才,孔亚平,符素华;北京山区植被盖度季节变化规律模拟研究[J];北京师范大学学报(自然科学版);2002年02期
6	查显杰,邢立新,戴志阳,傅容珊;基于空间形态特征遥感边缘信息的提取方法[J];吉林大学学报(信息科学版);2005年02期
7	濮国梁,杨武年,刘汉超;正射遥感影像地图制作技术在岷江上游滑坡研究中的应用[J];成都理工学院学报;2000年03期
8	陈建平,苗放,李苹;新疆黄山铜镍成矿带成矿预测的定量综合研究[J];成都理工学院学报;1998年S1期
9	张彤,梅安新,蔡永立;SPOT遥感数据在崇明东滩景观分类研究中的应用[J];城市环境与城市生态;2004年02期
10	秦其明;遥感图像自动解译面临的问题与解决的途径[J];测绘科学;2000年02期

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前4条

1	王秀珍;水稻生物物理与生物化学参数的光谱遥感估算模型研究[D];浙江大学;2001年
2	刘伟东;高光谱遥感土壤信息提取与挖掘研究[D];中国科学院研究生院（遥感应用研究所）;2002年
3	张连蓬;基于投影寻踪和非线性主曲线的高光谱遥感图像特征提取及分类研究[D];山东科技大学;2003年
4	高志海;基于RS和GIS的绿洲植被与荒漠化动态研究[D];北京林业大学;2003年

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前5条

1	张宏伟;遥感技术在岷江上游生态环境调查与评价中的应用[D];成都理工学院;2001年
2	白继伟;基于高光谱数据库的光谱匹配技术研究[D];中国科学院研究生院（遥感应用研究所）;2002年
3	李苗苗;植被覆盖度的遥感估算方法研究[D];中国科学院研究生院（遥感应用研究所）;2003年
4	张锋;基于遥感信息估测森林生物量的研究[D];东北林业大学;2003年
5	黄木易;冬小麦条锈病害的高光谱遥感监测[D];安徽农业大学;2004年

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前10条

1	池宏康;黄土高原地区提取植被信息方法的研究[J];植物学报;1996年01期
2	马雪梅;许国强;李希峰;;基于TM影像的聊城地区植被信息的自动提取[J];聊城大学学报(自然科学版);2008年04期
3	陈安平;魏少春;;数字图像处理技术在遥感图像分类中的应用[J];西部探矿工程;2007年03期
4	刘瑜;韩震;郭永飞;;植被指数在长江口潮滩湿地植被信息提取中的应用研究[J];遥感技术与应用;2009年06期
5	于嵘;亢庆;张增祥;赵哓丽;;中国西北盐碱区植被盖度遥感方法分析[J];干旱区资源与环境;2006年02期
6	吴彤;倪绍祥;李云梅;蒋建军;陈健;;基于植被信息遥感反演的东亚飞蝗监测研究[J];地理与地理信息科学;2006年02期
7	顾祝军;曾志远;史学正;于东升;郑伟;张振龙;胡子付;;基于遥感图像不同辐射校正水平的植被覆盖度估算模型[J];应用生态学报;2008年06期
8	马驰;卢玉东;;重庆南部TM图像植被指数与植被覆盖度信息的关系研究[J];水土保持研究;2008年06期
9	于德浩;邓正栋;龙凡;赵宝民;韩天成;;植被遥感在找水中的应用[J];解放军理工大学学报(自然科学版);2010年05期
10	李峰,郭仕德,程承旗,马廷;基于统计判别法的不同类型植被高光谱数据分析研究[J];地理与地理信息科学;2005年01期

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1	邓书斌;陈秋锦;;植被波谱特征与植被指数综述[A];中国遥感应用协会2010年会暨区域遥感发展与产业高层论坛论文集[C];2010年
2	徐金鸿;;粤西不同母岩型红土野外光谱特征[A];《测绘通报》测绘科学前沿技术论坛摘要集[C];2008年
3	饶欢;张智勇;;一种基于ENVI的区域环境分析方法[A];河南地球科学通报2008年卷（下册）[C];2008年
4	周婷婷;陈文惠;;遥感在森林火烧迹地植被恢复监测中应用研究[A];地理学与生态文明建设——中国地理学会2008年学术年会论文摘要集[C];2008年
5	辛红梅;张杰;马毅;初佳兰;;基于植被指数的赤潮高光谱敏感波段确定方法初探[A];第十四届全国遥感技术学术交流会论文选集[C];2003年
6	刘庆生;刘高焕;宁吉才;张敏;傅新;;翅碱蓬高光谱植被指数对土壤化学性质的响应[A];第十七届中国遥感大会摘要集[C];2010年
7	年波;王金亮;席武俊;杨士剑;;植被信息提取中的遥感影像预处理[A];第十四届全国遥感技术学术交流会论文摘要集[C];2003年
8	邵爱娟;黄璐琦;郭兰萍;吕冬梅;孙宇章;曾燕;;基于3S的苍术道地药材研究(五)——基于3S的道地药材空间分析数据库的构建及应用示范[A];全国第二届中药资源生态学学术研讨会论文集[C];2006年
9	赵秀怡;;遥感图像处理系统ENVI在国土环境动态监测中的应用[A];全国国土资源与环境遥感技术应用交流会论文文集[C];2004年
10	江东;王乃斌;杨小唤;刘红辉;;植被指数—地面温度特征空间及其应用[A];第十三届全国遥感技术学术交流会论文摘要集[C];2001年

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前10条

1	记者师巧梅、通讯员潘继鹏;我区草地环境达三年最好水平[N];新疆日报(汉);2009年
2	毛文波;科学家成功绘制全球二氧化氮污染图[N];科技日报;2004年
3	闫娜杜继稳李登科延军平;遥感技术在干旱监测中的应用[N];中国水利报;2009年
4	通讯员张红平记者郭军;陕北风沙区沙漠南进获有效控制[N];陕西日报;2007年
5	新疆遥感中心夏黎;遥感技术在农业生产中的应用（中）[N];新疆科技报(汉);2007年
6	记者李红;欧洲最大的卫星升空[N];科技日报;2002年
7	张平赵艾筠;遥知千里感动“天地”[N];科技日报;2005年
8	;富融IMAGINE：数字城市的四款工具[N];中国计算机报;2002年
9	记者祝桂峰;广东基础测绘工作取得新进展[N];中国测绘报;2008年
10	郑智　徐欣然;一座县城的长城课题[N];人民日报海外版;2009年

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前10条

1	徐元进;面向找矿的高光谱遥感岩矿信息提取方法研究[D];中国地质大学;2009年
2	罗睿;遥感图像信息系统的设计与分析[D];解放军信息工程大学;2001年
3	葛宏立;面向类的图像分割方法研究[D];北京林业大学;2004年
4	刘哲;基于信息融合的遥感图像处理方法研究[D];西北工业大学;2002年
5	席学强;基于模型的遥感图像三维目标识别系统研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2000年
6	刘春红;超光谱遥感图像降维及分类方法研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
7	柯丽;基于小波变换的空间遥感图像实时压缩方法研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2005年
8	王永昌;云台山区森林立地分类与植被恢复技术研究[D];南京林业大学;2006年
9	陈韶斌;基于知识推理和视觉机理的遥感图像目标识别方法研究[D];华中科技大学;2010年
10	张飞;干旱区典型绿洲盐渍地地物光谱特征研究[D];新疆大学;2011年

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前10条

1	郝建亭;光谱数据处理及其在植被信息提取中的应用[D];成都理工大学;2008年
2	顾祝军;植被覆盖度的照相法测算及其与植被指数关系研究[D];南京师范大学;2005年
3	李燕军;植被指数筛选与物种多样性遥感监测模型研究[D];甘肃农业大学;2006年
4	夏涛;生态水遥感定量研究中野外地物光谱数据采集及处理[D];成都理工大学;2007年
5	樊静;高光谱图像分割研究[D];长安大学;2009年
6	李新芝;基于多源遥感数据的矿区植被信息监测方法研究[D];山东科技大学;2010年
7	周万福;青海省区域植被覆盖的分类研究[D];南京信息工程大学;2006年
8	陈飞;基于GIS/RS奇台县土壤侵蚀研究[D];新疆大学;2006年
9	赵丽芳;利用Hypeion高光谱遥感数据估测森林叶面积指数[D];北京林业大学;2007年
10	马俊红;森林蓄积量遥感估测的研究[D];新疆大学;2008年

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