遙感實驗地物光譜測量

遙感實驗地物光譜測量實驗?zāi)康耐ㄟ^本次實驗達到如下目標：學(xué)習(xí)地物光譜的測定方法；認識常見地物光譜反射率的規(guī)律；學(xué)習(xí)繪制常見地物反射曲線；為衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)行星反射率計算打下基礎(chǔ)。實驗課時2課時第2頁,共54頁，2024年2月25日，星期天野外光譜測量對航天航空傳感器定標、遙感數(shù)據(jù)解譯、遙感應(yīng)用潛力研究具有重要意義。利用高光譜非成像光譜(輻射)儀，在野外測量地質(zhì)礦物、植物或其他物體的光譜反射率、透射率及其他輻射率。實驗意義第3頁,共54頁，2024年2月25日，星期天主要有三方面的作用：（1）野外光譜數(shù)據(jù)可用來建立和測試描述表面方向性光譜反射和生物物理屬性的關(guān)系；（2）野外光譜測量用來描述表面反射特征，以便為航空和航天傳感器定標；（3）在不需要圖像數(shù)據(jù)時，光譜測量或低空測量是一種成本低廉、靈活的數(shù)據(jù)獲取方法實驗意義第4頁,共54頁，2024年2月25日，星期天原理及方法簡介地物光譜反射率測量原理參見《遙感概論》第二章；實習(xí)采用垂直測量方法，計算公式為：式中，為被測物體的反射率，為標準板的反射率，，分別為測量物體和標準板的儀器測量值。第5頁,共54頁，2024年2月25日，星期天實習(xí)儀器儀器按照波長長短有：1）可見光-近紅外光譜輻射計，波長范圍0.4～1.1m；2）全波段光譜輻射計，波長范圍0.3～2.5m。第6頁,共54頁，2024年2月25日，星期天常見的光譜輻射計（光譜儀）型號生產(chǎn)廠商波長范圍/mWDY-850地面光譜輻射計中科院長春光機所0.385～0.85DG-1野外光譜輻射計中科院安徽光機所0.4～1.1SRM-1200野外光譜輻射計日本0.38～1.2SE-590便攜式光譜輻射計美國0.38～1.1ASD-FieldSpec便攜式光譜輻射計美國0.35～2.50.4～1.1SVC1024光譜輻射計美國0.35-2.5AvaField便攜式地物波譜儀荷蘭0.2～2.5第7頁,共54頁，2024年2月25日，星期天第8頁,共54頁，2024年2月25日，星期天AvaField便攜式地物波譜儀第9頁,共54頁，2024年2月25日，星期天第10頁,共54頁，2024年2月25日，星期天實習(xí)步驟1、測量目標和條件的選擇2、記錄測量目標基本信息3、記錄環(huán)境參數(shù)4、儀器安裝調(diào)試5、分析測量結(jié)果6、完成實習(xí)報告第11頁,共54頁，2024年2月25日，星期天1、測量目標和條件的選擇1)照明條件（氣象條件）無嚴重大氣污染，光照穩(wěn)定，無卷積云或濃云，避開陰影和強反射體的影響（測量者不穿白色服裝）風(fēng)力小于3級2）測試時間地方時9：30～14：30第12頁,共54頁，2024年2月25日，星期天3）樣品a.被測物體–土壤，農(nóng)作物，葉片，植被，樹冠，水體，礦物，巖石，道路，建筑等;b.參考板-白板要求：選擇物體自然狀態(tài)表面作為觀測面，取樣面積大于地物自然表面起伏和不均勻的尺度；被測物體要充滿整個視場。標準白板表面與被測地物的宏觀面平行，與觀測儀器等距，要充滿整個視場，白板要保持清潔第13頁,共54頁，2024年2月25日，星期天2、記錄測量目標基本信息總體要求：越詳細越好。空間信息：地理坐標，用GPS測量獲得；時間信息：年月日、時分秒；屬性信息：類型、顏色、形狀等。第14頁,共54頁，2024年2月25日，星期天3、記錄環(huán)境參數(shù)參見教材表1.2第15頁,共54頁，2024年2月25日，星期天4、儀器安裝調(diào)試（1)對準白板，讀取數(shù)據(jù)為（2）移開白板對準地物，讀取數(shù)據(jù)（3）重復(fù)步驟（1）（2），測量5～9次，記錄數(shù)據(jù)計算平均值（4）更換目標，重復(fù)（1）～（3）步驟，直至完成測試任務(wù)。測量高度要求：儀器保持水平架設(shè)，距離被測物體表面不小于1m；幾何關(guān)系要求：儀器軸線與天頂角的傾斜角<2度第16頁,共54頁，2024年2月25日，星期天5、分析實測結(jié)果（1)根據(jù)測定結(jié)果，繪制地物(地物、水體、巖石、土壤各一種)光譜曲線；（2）根據(jù)所繪制曲線，比較不同地物光譜特征；（3）分析測定過程中誤差產(chǎn)生的因素；（4）分析如何與在遙感影像進行對比分析。第17頁,共54頁，2024年2月25日，星期天6、完成實習(xí)報告內(nèi)容包括實習(xí)目的、實驗原理、實驗儀器說明及實驗步驟1～6等。第18頁,共54頁，2024年2月25日，星期天ENVI光譜數(shù)據(jù)庫不同地物光譜特征對比第19頁,共54頁，2024年2月25日，星期天傳感器的三個空間高度第20頁,共54頁，2024年2月25日，星期天不同空間層次傳感器得到的信息第21頁,共54頁，2024年2月25日，星期天各種傳感器所使用的波段第22頁,共54頁，2024年2月25日，星期天光譜技術(shù)的發(fā)展第23頁,共54頁，2024年2月25日，星期天高光譜成像技術(shù)Source:CSIRO第24頁,共54頁，2024年2月25日，星期天高光譜圖像結(jié)構(gòu)第25頁,共54頁，2024年2月25日，星期天光譜差異

Source:BobAgars明礬石高嶺石第26頁,共54頁，2024年2月25日，星期天地面遙感學(xué)測量的常見配置

第27頁,共54頁，2024年2月25日，星期天配置構(gòu)成照明：

a.太陽。最佳照明，70%以上的工作

b.室內(nèi)光源，少量工作樣品

a.被測物–農(nóng)作物，葉片，植被，樹冠，水體，礦物，巖石，道路，建筑等等

b.參考板-白板光譜儀控制計算機和軟件第28頁,共54頁，2024年2月25日，星期天樣品農(nóng)作物，葉片，植被，樹冠，水體，礦物，巖石，道路，建筑等等參考板—白板漫反射體（λ體、朗伯體），半球形散射Spectralon材料—LabShpere公司專利比常見的陶瓷材料軟，但不褪色、不怕水怕磕碰、劃傷保養(yǎng)：刷子清潔，蒸餾水內(nèi)用200-300號水砂紙輕輕擦、陰干。第29頁,共54頁，2024年2月25日，星期天光譜儀—內(nèi)部結(jié)構(gòu)—探測器三個獨立的光譜儀構(gòu)成

350-1100nm，512陣元光PDA陣列探測器,凹面消色差光柵，平場成像。易于波長標定。靈敏度高。

1000-1900nm,單元InGaAs探測器，平面旋轉(zhuǎn)掃描光柵，比PbS響應(yīng)速度快。

1700-2500nm，單元InGaAs探測器，平面旋轉(zhuǎn)掃描光柵。

InGaAs探測器帶有熱電制冷，-27+/-0.1?C第30頁,共54頁，2024年2月25日，星期天FieldSpec3(350–2500nm)

OpticalDesign

第31頁,共54頁，2024年2月25日，星期天光譜儀—光纖與鏡頭連接，通過鏡頭采光后導(dǎo)入光譜儀光纖構(gòu)成

57條200微米芯徑光纖 石英光纖，數(shù)值孔徑0.22，因此前視場角25度。 外面金屬螺紋管鎧裝。不怕腳踩。 避免折死彎??！外接光纖可拆卸(SMA接頭）光纖彎曲對信號的影響一般小于1%第32頁,共54頁，2024年2月25日，星期天光譜儀—探頭不同前視場角的鏡頭 用于反射光譜（Reflectance、AbsoluteReflectance)

和輻射亮度(Radiance,必須標定)測量余弦接收器 用于輻射照度（Irradiance,必須標定）測量內(nèi)置光源的反射探頭 用于固體反射光譜測量（適用于地質(zhì)和礦藏研究）第33頁,共54頁，2024年2月25日，星期天光譜儀—探頭（2）不同前視場角的鏡頭 裸光纖：25?前視場角 可選其他角度的鏡頭 如有臟污，可用鏡頭布擦拭干凈用于反射率和輻射亮度測量單位：W/cm2/Sr/nm覆蓋的范圍 大：光譜混合程度高 ?。汗庾V混合少，或者接近測量葉片第34頁,共54頁，2024年2月25日，星期天光譜儀—探頭（3）余弦接收器 用于輻射照度測量 單位：W/cm2/nm第35頁,共54頁，2024年2月25日，星期天光譜儀—內(nèi)部結(jié)構(gòu)—其它Drift-Lock技術(shù)，配合制冷進一步消除噪聲；自動快門-每一次全光譜掃描后采集暗電流；散熱風(fēng)扇；保證工作環(huán)境溫度0-40?C;外置充電器、電池（鎳-氫）工作時間大約為4-9小時通過無線wifi與計算機連接第36頁,共54頁，2024年2月25日，星期天控制計算機安裝有RS3光譜儀操作軟件安裝有ViewSpecPro數(shù)據(jù)處理軟件另行介紹第37頁,共54頁，2024年2月25日，星期天光譜儀的技術(shù)參數(shù)光譜范圍350-2500nm，350-1050nm最快采集速度：100ms,17ms光譜分辨率：3nm@350-1000nm 10nm@1000-2500nm采樣間隔：1.4nm@350-1000nm,2nm@1000-2500nm數(shù)據(jù)間隔：1nm等效輻射噪聲NE?L波長精度：+/-1nm波長重復(fù)性：+/-0.02nm重復(fù)性:優(yōu)于0.3%雜散光:優(yōu)于0.02%@350-1000nm,優(yōu)于0.1%@1000-2500nm靈敏度調(diào)整：全自動第38頁,共54頁，2024年2月25日，星期天波長精度與重復(fù)性波長精度：+/-1nm重復(fù)性優(yōu)于0.2%第39頁,共54頁，2024年2月25日，星期天幾個光譜示例（1）地球表面太陽輻射標準光源的輻射第40頁,共54頁，2024年2月25日，星期天第41頁,共54頁，2024年2月25日，星期天幾個光譜示例（2）自然照明下的植被的反射光譜人工照明條件下的植被反射光譜第42頁,共54頁，2024年2月25日，星期天鋁礦石的反射光譜幾種礦石的光譜比較幾個光譜示例（3）第43頁,共54頁，2024年2月25日，星期天同樣材料不同含量的光譜幾個光譜示例（4）第44頁,共54頁，2024年2月25日，星期天幾個應(yīng)用示例（1）第45頁,共54頁，2024年2月25日，星期天幾個應(yīng)用示例（2）第46頁,共54頁，2024年2月25日，星期天影響測量的幾個因素野外測量時需要考慮的因素選擇無云或少云的天氣風(fēng)帶來的氧氣濃度的差異周圍目標的光極化干擾白板完全覆蓋視場幾何布置注意選擇適當(dāng)?shù)臅r間室內(nèi)測量時需要考慮的因素暗室操作幾何布置用黑天鵝絨布作背景白板完全覆蓋視場第47頁,共54頁，2024年2月25日，星期天FSPFR能夠測量的參數(shù)絕對測量輻射亮度（radiance)輻射照度（Irradiance)相對測量反射比絕對反射比第48頁,共54頁，2024年2月25日，星期天絕對測量方法-輻射亮度(Radiance)使用不同視場角的鏡頭需要光度標定*首先對準白板優(yōu)化(OPT)點擊RAD圖標按空格鍵存儲或者自動存儲

第49頁,共54頁，2024年2月25日，星期天絕對測量方法-輻射照度(Irradiance)輻射照度使用余弦接收器或者反射式余弦接收器或者積分球?qū)誓繕藘?yōu)化(OPT)點擊RAD圖標空格鍵存儲或者自動存儲第50頁,共54頁，2024年2月25日，星期天相對測量