探析地物光譜儀在野外光譜測量中的使用

1、探析地物光譜儀在野外光譜測量中的使用摘要: 在遙感技術(shù)中，為了更精確地判讀多光譜圖像，掌握地面上各種地物的光譜輻射特性是十分重要的。介紹FieldSpec?誖 HandHeld 手持便攜式光譜分析儀的測量原理方法、工作規(guī)范及注意事項(xiàng)，概要地說明了影響光譜測量的因素。 關(guān)鍵詞: 地物光譜儀；野外測量；工作規(guī)范 在遙感領(lǐng)域中，為了研究各種不同地物或環(huán)境在野外自然條件下的可見和近紅外波段反射光譜，需要適用于野外測量的光譜儀器。對野外地物光譜進(jìn)行測量，我們使用的是美國ASD公司FieldSpec?誖HandHeld 手持便攜式光譜分析儀。其主要技術(shù)指標(biāo)為：波長范圍為3001 100nm，光譜采樣間隔為

2、1.6nm，靈敏度線性：1%。FieldSpec?誖HandHeld手持便攜式光譜分析儀可用于戶外目標(biāo)可見近紅外波段的光譜輻射測量。該光譜儀在戶外主要利用太陽輻射作為照明光源，利用響應(yīng)度定標(biāo)數(shù)據(jù)，可測量并獲得地物目標(biāo)的光譜輻亮度；利用漫反射參考板對比測量，可獲得目標(biāo)的反射率光譜信息；通過對經(jīng)過標(biāo)定的漫反射參考板的測量，可獲得地面的總照度以及直射、漫射照度光譜信息；利用特定的輔助測量機(jī)械裝置，可獲得地面目標(biāo)的BRDF（方向反射因子）光譜信息參數(shù)。 為了使地物光譜數(shù)據(jù)可靠和高的質(zhì)量，使數(shù)據(jù)便于對比和應(yīng)用，有必要提出地物光譜測試規(guī)范和測量要求。 1儀器的標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)定 1.1光譜分辨率 實(shí)用分辨寬度對0

3、.041.10小于5nm，1.12.5m小于15nm。對于FieldSpec?誖HandHeld 手持便攜式光譜分析儀，起始波長為325nm，終止波長為1 075nm，波長步長為1nm，則光譜分辨率取3nm。 1.2線性標(biāo)定 線性動態(tài)范圍有3個(gè)量級，最大信號對應(yīng)為0.81.0，太陽常數(shù)照明的白板（90）峰值響應(yīng)輸出。線性誤差小于3（回歸誤差）。 1.3光譜響應(yīng)度的標(biāo)定 反射率小于、等于15（大于1）的目標(biāo)，信噪比應(yīng)大于10。反射率大于15的目標(biāo)，信噪比應(yīng)大于20。 2野外測定方法與工作規(guī)范 2.1目標(biāo)選取 選取測量目標(biāo)要具有代表性，應(yīng)能真實(shí)反映被測目標(biāo)的平均自然性。對于植被冠層及用物的測量應(yīng)考

4、慮目標(biāo)和背景的綜合效應(yīng)。 2.2能見度的要求 對一般無嚴(yán)重大氣污染地區(qū)，測量時(shí)的水平能見度要求不小10km。 2.3云量限定 太陽周圍立體角，淡積云量，無卷云、濃積云等，光照穩(wěn)定。 2.4風(fēng)力要求 測量時(shí)間內(nèi)風(fēng)力小于級，對植物，測量時(shí)風(fēng)力小于級。 2.5測量方法 在11時(shí)30分至14時(shí)30分進(jìn)行測量，每種地物光譜測量前，對準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)參考板進(jìn)行定標(biāo)校準(zhǔn)，得到接近100的基線，然后對著目標(biāo)地物測量；為使所測數(shù)據(jù)能與衛(wèi)星傳感器所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，測量儀器均垂直向下進(jìn)行測量。 3野外光譜測量注意事項(xiàng) 野外光譜測試的基本要求是在晴天中午前后進(jìn)行，風(fēng)力不超過5級，如果測試土壤光譜，必須在雨過3d以后進(jìn)行。為

5、了使數(shù)據(jù)具有代表性，要仔細(xì)比較選擇被測地物，對同一種地物測量多次，保證測試結(jié)果準(zhǔn)確可比。 3.1儀器的位置 儀器向下正對著被測物體，至少保持與水平面的法線夾角在10之內(nèi)，保持一定的距離，探頭距離地面高度通常在1.3m，以便獲取平均光譜。視域范圍可以根據(jù)相對高度和視場角計(jì)算。如果有多個(gè)探頭可選，則在野外盡量選擇寬視域探頭。測量植物冠層光譜時(shí)，注意測量最具代表性的物種。 3.2傳感器探頭的選擇 當(dāng)野外地物范圍比較大，物種純度比較高、觀測距離比較近時(shí)，選用較大視場角的探頭；當(dāng)?shù)匚锓植济娣e較小時(shí)，或者物種在近距離內(nèi)比較混雜，或需要測量遠(yuǎn)處地物時(shí)，則選用小視場角的探頭。 3.3避免陰影 探頭定位時(shí)必須避

6、免陰影，人應(yīng)該面向陽光，這樣可以得到一致的測量結(jié)果。野外大范圍測試光譜數(shù)據(jù)時(shí)，需要沿著陰影的反方向布置測點(diǎn)。 3.4白板反射校正 天氣較好時(shí)每隔幾分鐘就要用白板校正1次，防止傳感器響應(yīng)系統(tǒng)的漂移和太陽入射角的變化影響，如果天氣較差，校正應(yīng)更頻繁。校正時(shí)白板應(yīng)放置水平。 3.5防止光污染 不要穿帶淺色、特色衣帽，如果穿戴白色、亮紅色、黃色、綠色、藍(lán)色的衣帽，就會改變反射物體的反射光譜特征。 要注意避免自身陰影落在目標(biāo)物上。當(dāng)使用翻斗卡車或其他平臺從高處測量地物目標(biāo)時(shí)，要注意避免金屬反光，如果有，則需要用黑布包住反光部位。 3.6觀測時(shí)間和頻度 光譜測試應(yīng)在1014時(shí)之間完成，并在無云晴朗的天空下

7、進(jìn)行，盡量避免過早或過晚。在時(shí)間許可時(shí)，盡量多測一些光譜。每個(gè)測點(diǎn)測試5個(gè)數(shù)據(jù)，以求平均值，降低噪聲和隨機(jī)性。 3.7采集輔助數(shù)據(jù) 在所有的測試地點(diǎn)必須采集GPS數(shù)據(jù)，詳細(xì)記錄測點(diǎn)的位置、植被覆蓋度、類型以及異常條件、探頭的高度，配以野外照相記錄，便于后續(xù)的解譯分析。 野外地物光譜測量是一個(gè)需要綜合考慮各種光譜影響因素的復(fù)雜過程，我們所獲取的光譜數(shù)據(jù)是太陽高度角、太陽方位角、云、風(fēng)、相對濕度、入射角、探測角、儀器掃描速度、儀器視場角、儀器的采樣間隔、光譜分辨率、坡向、坡度及目標(biāo)本身光譜特性等各種因素共同作用的結(jié)果。光譜測定前要根據(jù)測定的目標(biāo)與任務(wù)制定相對應(yīng)的試驗(yàn)方案，排除各種干擾因素對所測結(jié)果的影響，使所得的光譜數(shù)據(jù)盡量反映目標(biāo)本身的光譜特性，并在觀測時(shí)詳細(xì)記錄環(huán)境參數(shù)、儀器參數(shù)以及觀測目標(biāo)（如土壤、植被、人工目標(biāo)）的輔助信息。只有這樣，所測結(jié)果才是可靠的并具有可比性，為以后的圖像解譯和光譜重建提供依據(jù)。 參考文獻(xiàn) 1 中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會，中國農(nóng)業(yè)工程研究設(shè)計(jì)院.國外農(nóng)業(yè)工程第（9輯）M.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1983. 2 萬余慶，譚