地物光譜儀在野外光譜測(cè)量中的使用

地物光譜儀在野外光譜測(cè)量中的使用

在遙感技術(shù)中，為了更準(zhǔn)確地解譯多光譜圖像，掌握地面上各種地物的光譜輻射特征非常重要。
??在遙感領(lǐng)域，為了研究各種地物或野外自然條件下的可見光和近紅外反射光譜，需要適合野外測(cè)量的光譜儀器。主要技術(shù)指標(biāo)為：波長(zhǎng)范圍300~1 100nm，光譜采樣間隔1.6nm，靈敏度線性：±1%?，F(xiàn)場(chǎng)規(guī)格？手持式手持便攜式光譜分析儀可用于室外目標(biāo)可見-近紅外光譜輻射測(cè)量。光譜儀主要利用太陽輻射作為室外的照明光源，利用響應(yīng)度標(biāo)定數(shù)據(jù)測(cè)量獲得地物的光譜輻射率；使用漫反射參考板進(jìn)行比對(duì)測(cè)量，獲得目標(biāo)的反射光譜信息；經(jīng)校準(zhǔn)的漫反射參考板測(cè)量后，可得到地面的總照度和直射和漫射照度光譜信息；使用特定的輔助測(cè)量裝置，可以獲得地面目標(biāo)的BRDF（定向反射系數(shù)）光譜信息參數(shù)。
??為了使地物光譜數(shù)據(jù)可靠、高質(zhì)量，便于比較和應(yīng)用，有必要提出地物光譜測(cè)試規(guī)范和測(cè)量要求。
?? 1儀器的標(biāo)準(zhǔn)和校準(zhǔn)
??1.1 光譜分辨率
??0.04~1.10μm的實(shí)用分辨率寬度小于5nm，1.1~2.5μm的實(shí)用分辨率寬度小于15nm。對(duì)于 FieldSpec？手持式手持便攜式光譜分析儀，起始波長(zhǎng)為325nm，終止波長(zhǎng)為1 075nm，波長(zhǎng)步長(zhǎng)為1nm，光譜分辨率為3nm。
?? 1.2 線性校準(zhǔn)
??線性動(dòng)態(tài)范圍有3個(gè)數(shù)量級(jí)，最大信號(hào)對(duì)應(yīng)0.8~1.0，白板照射的太陽常數(shù)（<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)度校準(zhǔn)
??對(duì)于反射率小于或等于15%（大于1%）的目標(biāo)，信噪比應(yīng)大于10。對(duì)于反射率大于15%的目標(biāo)，信噪比應(yīng)大于超過 20。
?? 2現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方法和工作規(guī)范
??2.1 目標(biāo)選擇
??選擇具有代表性的測(cè)量目標(biāo)，應(yīng)真實(shí)反映被測(cè)目標(biāo)的平均自然度。對(duì)于植被冠層和材料的測(cè)量，應(yīng)考慮目標(biāo)和背景的綜合影響。
?? 2.2 能見度要求
??一般空氣污染不嚴(yán)重的地區(qū)，測(cè)量時(shí)水平能見度要求不小于10km.
?? 2.3 云量限制
??圍繞太陽呈90°立體角，淺積云覆蓋，無卷云、密積云等，光線穩(wěn)定。
?? 2.4 風(fēng)力要求
??測(cè)量期間風(fēng)力小于5級(jí)。對(duì)于植物，測(cè)量期間風(fēng)力小于3級(jí)。
?? 2.5測(cè)量方法
??測(cè)量時(shí)間為 11:30 至 14:30。在測(cè)量每個(gè)地物的光譜前，對(duì)準(zhǔn)校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)參考板以獲得接近100%的基線，然后對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)地物測(cè)量；為了使測(cè)得的數(shù)據(jù)能與衛(wèi)星傳感器得到的數(shù)據(jù)相比較，測(cè)量?jī)x器均垂直向下測(cè)量。
?? 3 場(chǎng)譜測(cè)量注意事項(xiàng)
??野外光譜測(cè)試的基本要求是在晴天中午前后進(jìn)行，風(fēng)不超過5級(jí)。如果測(cè)試土壤光譜，必須在3天的雨后進(jìn)行。為了使數(shù)據(jù)具有代表性，需要仔細(xì)比較和選擇待測(cè)地物，對(duì)同一類型地物進(jìn)行多次測(cè)量，以保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可比性。
?? 3.1 儀器位置
??儀器面朝下，與水平面法線的夾角至少保持在±10°以內(nèi)，并保持一定距離。探頭離地面的高度通常為1.3m，以便獲得平均光譜。視場(chǎng)范圍可以根據(jù)相對(duì)高度和視場(chǎng)角來計(jì)算。如果有多個(gè)探頭可供選擇，盡量在現(xiàn)場(chǎng)選擇寬視場(chǎng)探頭。在測(cè)量植物冠層光譜時(shí)，注意*代表性的物種。
?? 3.2 傳感器探頭的選擇
??當(dāng)場(chǎng)特征比較大，物種純度比較高，觀察距離比較近時(shí)，選擇視野較大的探頭；當(dāng)局部特征分布在小范圍內(nèi)，或物種較近時(shí)，內(nèi)部較為混雜，或需要測(cè)量遠(yuǎn)處物體時(shí)，請(qǐng)使用小視場(chǎng)的探頭。
?? 3.3 避免陰影
??定位探頭時(shí)，必須避免陰影。人應(yīng)面向太陽，以獲得一致的測(cè)量結(jié)果。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試大范圍的光譜數(shù)據(jù)時(shí)，需要沿陰影的相反方向布置測(cè)量點(diǎn)。
?? 3.4 白板反射校正
??天氣好的時(shí)候，應(yīng)每隔幾分鐘使用一次白板校準(zhǔn)，以防止傳感器響應(yīng)系統(tǒng)的漂移和太陽入射角的變化。如果天氣不好，更正應(yīng)該更頻繁。校準(zhǔn)時(shí)，白板應(yīng)水平放置。
?? 3.5 防止光污染
??不要穿淺色、有特色的衣服和帽子。穿著白色、鮮紅色、黃色、綠色、藍(lán)色的衣服和帽子會(huì)改變反光物體的反射光譜特性。
??小心避免自己的影子落在目標(biāo)上。使用自卸車或其他平臺(tái)從高處測(cè)量地面物體時(shí)，注意避免金屬反射。如果有光線，則需要用黑布將反光部分包裹起來。
?? 3.6 觀測(cè)時(shí)間和頻率
??頻譜測(cè)試應(yīng)在10點(diǎn)至14點(diǎn)之間完成，并應(yīng)在*無云、晴朗的天空下進(jìn)行。盡量避免太早或太晚。在時(shí)間允許的情況下，嘗試測(cè)量盡可能多的光譜。在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)試5個(gè)數(shù)據(jù)，求平均值，減少噪聲和隨機(jī)性。
?? 3.7 收集輔助數(shù)據(jù)
??必須在所有測(cè)試地點(diǎn)采集GPS數(shù)據(jù)，并詳細(xì)記錄測(cè)量點(diǎn)位置、植被覆蓋度、類型和異常情況、探頭高度，并附上野外攝影記錄，方便后續(xù)解釋分析。
??現(xiàn)場(chǎng)光譜測(cè)量是一個(gè)復(fù)雜的過程，需要綜合考慮各種光譜影響因素。我們得到的光譜數(shù)據(jù)有太陽高度、太陽方位角、云層、風(fēng)、相對(duì)濕度、入射角、探測(cè)角、儀器掃描速度、儀器視場(chǎng)、儀器采樣間隔、光譜分辨率、方面，目標(biāo)本身的斜率和光譜特性是各種因素綜合作用的結(jié)果。在進(jìn)行頻譜測(cè)量之前，需要根據(jù)測(cè)量目標(biāo)和任務(wù)制定相應(yīng)的測(cè)試計(jì)劃，排除各種干擾因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，使得到的頻譜數(shù)據(jù)盡可能反映目標(biāo)本身的頻譜特性?？赡?，并在觀察過程中詳細(xì)記錄參數(shù)和參數(shù)。觀測(cè)目標(biāo)（如土壤、植被、人工目標(biāo)）的儀器參數(shù)和輔助信息。只有這樣，測(cè)量結(jié)果才具有可靠性和可比性，為后續(xù)的圖像判讀和光譜重建提供依據(jù)。