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地物光谱仪在野外光谱测量中的使用
发布时间:2021-08-19   点击次数:28次

地物光谱仪在野外光谱测量中的使用

        在遥感技术中,为了更准确地解译多光谱图像,掌握地面上各种地物的光谱辐射特征非常重要。
  在遥感领域,为了研究各种地物或野外自然条件下的可见光和近红外反射光谱,需要适合野外测量的光谱仪器。主要技术指标为:波长范围300~1 100nm,光谱采样间隔1.6nm,灵敏度线性:±1%。现场规格?手持式手持便携式光谱分析仪可用于室外目标可见-近红外光谱辐射测量。光谱仪主要利用太阳辐射作为室外的照明光源,利用响应度标定数据测量获得地物的光谱辐射率;使用漫反射参考板进行比对测量,获得目标的反射光谱信息;经校准的漫反射参考板测量后,可得到地面的总照度和直射和漫射照度光谱信息;使用特定的辅助测量装置,可以获得地面目标的BRDF(定向反射系数)光谱信息参数。
  为了使地物光谱数据可靠、高质量,便于比较和应用,有必要提出地物光谱测试规范和测量要求。
   1仪器的标准和校准
  1.1 光谱分辨率
  0.04~1.10μm的实用分辨率宽度小于5nm,1.1~2.5μm的实用分辨率宽度小于15nm。对于 FieldSpec?手持式手持便携式光谱分析仪,起始波长为325nm,终止波长为1 075nm,波长步长为1nm,光谱分辨率为3nm。
   1.2 线性校准
  线性动态范围有3个数量级,最大信号对应0.8~1.0,白板照射的太阳常数(<90%)峰值响应输出。线性误差小于 3%(回归误差)。
   1.3 光谱响应度校准
  对于反射率小于或等于15%(大于1%)的目标,信噪比应大于10。对于反射率大于15%的目标,信噪比应大于超过 20。
   2现场测量方法和工作规范
  2.1 目标选择
  选择具有代表性的测量目标,应真实反映被测目标的平均自然度。对于植被冠层和材料的测量,应考虑目标和背景的综合影响。
   2.2 能见度要求
  一般空气污染不严重的地区,测量时水平能见度要求不小于10km.
   2.3 云量限制
  围绕太阳呈90°立体角,浅积云覆盖,无卷云、密积云等,光线稳定。
   2.4 风力要求
  测量期间风力小于5级。对于植物,测量期间风力小于3级。
   2.5测量方法
  测量时间为 11:30 至 14:30。在测量每个地物的光谱前,对准校准的标准参考板以获得接近100%的基线,然后对准目标地物测量;为了使测得的数据能与卫星传感器得到的数据相比较,测量仪器均垂直向下测量。
   3 场谱测量注意事项
  野外光谱测试的基本要求是在晴天中午前后进行,风不超过5级。如果测试土壤光谱,必须在3天的雨后进行。为了使数据具有代表性,需要仔细比较和选择待测地物,对同一类型地物进行多次测量,以保证测试结果的准确性和可比性。
   3.1 仪器位置
  仪器面朝下,与水平面法线的夹角至少保持在±10°以内,并保持一定距离。探头离地面的高度通常为1.3m,以便获得平均光谱。视场范围可以根据相对高度和视场角来计算。如果有多个探头可供选择,尽量在现场选择宽视场探头。在测量植物冠层光谱时,注意最具代表性的物种。
   3.2 传感器探头的选择
  当场特征比较大,物种纯度比较高,观察距离比较近时,选择视野较大的探头;当局部特征分布在小范围内,或物种较近时,内部较为混杂,或需要测量远处物体时,请使用小视场的探头。
   3.3 避免阴影
  定位探头时,必须避免阴影。人应面向太阳,以获得一致的测量结果。在现场测试大范围的光谱数据时,需要沿阴影的相反方向布置测量点。
   3.4 白板反射校正
  天气好的时候,应每隔几分钟使用一次白板校准,以防止传感器响应系统的漂移和太阳入射角的变化。如果天气不好,更正应该更频繁。校准时,白板应水平放置。
   3.5 防止光污染
  不要穿浅色、有特色的衣服和帽子。穿着白色、鲜红色、黄色、绿色、蓝色的衣服和帽子会改变反光物体的反射光谱特性。
  小心避免自己的影子落在目标上。使用自卸车或其他平台从高处测量地面物体时,注意避免金属反射。如果有光线,则需要用黑布将反光部分包裹起来。
   3.6 观测时间和频率
  频谱测试应在10点至14点之间完成,并应在万里无云、晴朗的天空下进行。尽量避免太早或太晚。在时间允许的情况下,尝试测量尽可能多的光谱。在每个测量点测试5个数据,求平均值,减少噪声和随机性。
   3.7 收集辅助数据
  必须在所有测试地点采集GPS数据,并详细记录测量点位置、植被覆盖度、类型和异常情况、探头高度,并附上野外摄影记录,方便后续解释分析。
  现场光谱测量是一个复杂的过程,需要综合考虑各种光谱影响因素。我们得到的光谱数据有太阳高度、太阳方位角、云层、风、相对湿度、入射角、探测角、仪器扫描速度、仪器视场、仪器采样间隔、光谱分辨率、方面,目标本身的斜率和光谱特性是各种因素综合作用的结果。在进行频谱测量之前,需要根据测量目标和任务制定相应的测试计划,排除各种干扰因素对测量结果的影响,使得到的频谱数据尽可能反映目标本身的频谱特性。可能,并在观察过程中详细记录参数和参数。观测目标(如土壤、植被、人工目标)的仪器参数和辅助信息。只有这样,测量结果才具有可靠性和可比性,为后续的图像判读和光谱重建提供依据。

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