遥感实验地物光谱测量

遥感实验地物光谱测量实验目的通过本次实验达到如下目标：学习地物光谱的测定方法；认识常见地物光谱反射率的规律；学习绘制常见地物反射曲线；为卫星遥感数据行星反射率计算打下基础。实验课时2课时第2页,共54页，2024年2月25日，星期天野外光谱测量对航天航空传感器定标、遥感数据解译、遥感应用潜力研究具有重要意义。利用高光谱非成像光谱(辐射)仪，在野外测量地质矿物、植物或其他物体的光谱反射率、透射率及其他辐射率。实验意义第3页,共54页，2024年2月25日，星期天主要有三方面的作用：（1）野外光谱数据可用来建立和测试描述表面方向性光谱反射和生物物理属性的关系；（2）野外光谱测量用来描述表面反射特征，以便为航空和航天传感器定标；（3）在不需要图像数据时，光谱测量或低空测量是一种成本低廉、灵活的数据获取方法实验意义第4页,共54页，2024年2月25日，星期天原理及方法简介地物光谱反射率测量原理参见《遥感概论》第二章；实习采用垂直测量方法，计算公式为：式中，为被测物体的反射率，为标准板的反射率，，分别为测量物体和标准板的仪器测量值。第5页,共54页，2024年2月25日，星期天实习仪器仪器按照波长长短有：1）可见光-近红外光谱辐射计，波长范围0.4～1.1m；2）全波段光谱辐射计，波长范围0.3～2.5m。第6页,共54页，2024年2月25日，星期天常见的光谱辐射计（光谱仪）型号生产厂商波长范围/mWDY-850地面光谱辐射计中科院长春光机所0.385～0.85DG-1野外光谱辐射计中科院安徽光机所0.4～1.1SRM-1200野外光谱辐射计日本0.38～1.2SE-590便携式光谱辐射计美国0.38～1.1ASD-FieldSpec便携式光谱辐射计美国0.35～2.50.4～1.1SVC1024光谱辐射计美国0.35-2.5AvaField便携式地物波谱仪荷兰0.2～2.5第7页,共54页，2024年2月25日，星期天第8页,共54页，2024年2月25日，星期天AvaField便携式地物波谱仪第9页,共54页，2024年2月25日，星期天第10页,共54页，2024年2月25日，星期天实习步骤1、测量目标和条件的选择2、记录测量目标基本信息3、记录环境参数4、仪器安装调试5、分析测量结果6、完成实习报告第11页,共54页，2024年2月25日，星期天1、测量目标和条件的选择1)照明条件（气象条件）无严重大气污染，光照稳定，无卷积云或浓云，避开阴影和强反射体的影响（测量者不穿白色服装）风力小于3级2）测试时间地方时9：30～14：30第12页,共54页，2024年2月25日，星期天3）样品a.被测物体–土壤，农作物，叶片，植被，树冠，水体，矿物，岩石，道路，建筑等;b.参考板-白板要求：选择物体自然状态表面作为观测面，取样面积大于地物自然表面起伏和不均匀的尺度；被测物体要充满整个视场。标准白板表面与被测地物的宏观面平行，与观测仪器等距，要充满整个视场，白板要保持清洁第13页,共54页，2024年2月25日，星期天2、记录测量目标基本信息总体要求：越详细越好。空间信息：地理坐标，用GPS测量获得；时间信息：年月日、时分秒；属性信息：类型、颜色、形状等。第14页,共54页，2024年2月25日，星期天3、记录环境参数参见教材表1.2第15页,共54页，2024年2月25日，星期天4、仪器安装调试（1)对准白板，读取数据为（2）移开白板对准地物，读取数据（3）重复步骤（1）（2），测量5～9次，记录数据计算平均值（4）更换目标，重复（1）～（3）步骤，直至完成测试任务。测量高度要求：仪器保持水平架设，距离被测物体表面不小于1m；几何关系要求：仪器轴线与天顶角的倾斜角<2度第16页,共54页，2024年2月25日，星期天5、分析实测结果（1)根据测定结果，绘制地物(地物、水体、岩石、土壤各一种)光谱曲线；（2）根据所绘制曲线，比较不同地物光谱特征；（3）分析测定过程中误差产生的因素；（4）分析如何与在遥感影像进行对比分析。第17页,共54页，2024年2月25日，星期天6、完成实习报告内容包括实习目的、实验原理、实验仪器说明及实验步骤1～6等。第18页,共54页，2024年2月25日，星期天ENVI光谱数据库不同地物光谱特征对比第19页,共54页，2024年2月25日，星期天传感器的三个空间高度第20页,共54页，2024年2月25日，星期天不同空间层次传感器得到的信息第21页,共54页，2024年2月25日，星期天各种传感器所使用的波段第22页,共54页，2024年2月25日，星期天光谱技术的发展第23页,共54页，2024年2月25日，星期天高光谱成像技术Source:CSIRO第24页,共54页，2024年2月25日，星期天高光谱图像结构第25页,共54页，2024年2月25日，星期天光谱差异

Source:BobAgars明矾石高岭石第26页,共54页，2024年2月25日，星期天地面遥感学测量的常见配置

第27页,共54页，2024年2月25日，星期天配置构成照明：

a.太阳。最佳照明，70%以上的工作

b.室内光源，少量工作样品

a.被测物–农作物，叶片，植被，树冠，水体，矿物，岩石，道路，建筑等等

b.参考板-白板光谱仪控制计算机和软件第28页,共54页，2024年2月25日，星期天样品农作物，叶片，植被，树冠，水体，矿物，岩石，道路，建筑等等参考板—白板漫反射体（λ体、朗伯体），半球形散射Spectralon材料—LabShpere公司专利比常见的陶瓷材料软，但不褪色、不怕水怕磕碰、划伤保养：刷子清洁，蒸馏水内用200-300号水砂纸轻轻擦、阴干。第29页,共54页，2024年2月25日，星期天光谱仪—内部结构—探测器三个独立的光谱仪构成

350-1100nm，512阵元光PDA阵列探测器,凹面消色差光栅，平场成像。易于波长标定。灵敏度高。

1000-1900nm,单元InGaAs探测器，平面旋转扫描光栅，比PbS响应速度快。

1700-2500nm，单元InGaAs探测器，平面旋转扫描光栅。

InGaAs探测器带有热电制冷，-27+/-0.1˚C第30页,共54页，2024年2月25日，星期天FieldSpec3(350–2500nm)

OpticalDesign

第31页,共54页，2024年2月25日，星期天光谱仪—光纤与镜头连接，通过镜头采光后导入光谱仪光纤构成

57条200微米芯径光纤 石英光纤，数值孔径0.22，因此前视场角25度。 外面金属螺纹管铠装。不怕脚踩。 避免折死弯！！外接光纤可拆卸(SMA接头）光纤弯曲对信号的影响一般小于1%第32页,共54页，2024年2月25日，星期天光谱仪—探头不同前视场角的镜头 用于反射光谱（Reflectance、AbsoluteReflectance)

和辐射亮度(Radiance,必须标定)测量余弦接收器 用于辐射照度（Irradiance,必须标定）测量内置光源的反射探头 用于固体反射光谱测量（适用于地质和矿藏研究）第33页,共54页，2024年2月25日，星期天光谱仪—探头（2）不同前视场角的镜头 裸光纤：25˚前视场角 可选其他角度的镜头 如有脏污，可用镜头布擦拭干净用于反射率和辐射亮度测量单位：W/cm2/Sr/nm覆盖的范围 大：光谱混合程度高 小：光谱混合少，或者接近测量叶片第34页,共54页，2024年2月25日，星期天光谱仪—探头（3）余弦接收器 用于辐射照度测量 单位：W/cm2/nm第35页,共54页，2024年2月25日，星期天光谱仪—内部结构—其它Drift-Lock技术，配合制冷进一步消除噪声；自动快门-每一次全光谱扫描后采集暗电流；散热风扇；保证工作环境温度0-40˚C;外置充电器、电池（镍-氢）工作时间大约为4-9小时通过无线wifi与计算机连接第36页,共54页，2024年2月25日，星期天控制计算机安装有RS3光谱仪操作软件安装有ViewSpecPro数据处理软件另行介绍第37页,共54页，2024年2月25日，星期天光谱仪的技术参数光谱范围350-2500nm，350-1050nm最快采集速度：100ms,17ms光谱分辨率：3nm@350-1000nm 10nm@1000-2500nm采样间隔：1.4nm@350-1000nm,2nm@1000-2500nm数据间隔：1nm等效辐射噪声NE∆L波长精度：+/-1nm波长重复性：+/-0.02nm重复性:优于0.3%杂散光:优于0.02%@350-1000nm,优于0.1%@1000-2500nm灵敏度调整：全自动第38页,共54页，2024年2月25日，星期天波长精度与重复性波长精度：+/-1nm重复性优于0.2%第39页,共54页，2024年2月25日，星期天几个光谱示例（1）地球表面太阳辐射标准光源的辐射第40页,共54页，2024年2月25日，星期天第41页,共54页，2024年2月25日，星期天几个光谱示例（2）自然照明下的植被的反射光谱人工照明条件下的植被反射光谱第42页,共54页，2024年2月25日，星期天铝矿石的反射光谱几种矿石的光谱比较几个光谱示例（3）第43页,共54页，2024年2月25日，星期天同样材料不同含量的光谱几个光谱示例（4）第44页,共54页，2024年2月25日，星期天几个应用示例（1）第45页,共54页，2024年2月25日，星期天几个应用示例（2）第46页,共54页，2024年2月25日，星期天影响测量的几个因素野外测量时需要考虑的因素选择无云或少云的天气风带来的氧气浓度的差异周围目标的光极化干扰白板完全覆盖视场几何布置注意选择适当的时间室内测量时需要考虑的因素暗室操作几何布置用黑天鹅绒布作背景白板完全覆盖视场第47页,共54页，2024年2月25日，星期天FSPFR能够测量的参数绝对测量辐射亮度（radiance)辐射照度（Irradiance)相对测量反射比绝对反射比第48页,共54页，2024年2月25日，星期天绝对测量方法-辐射亮度(Radiance)使用不同视场角的镜头需要光度标定*首先对准白板优化(OPT)点击RAD图标按空格键存储或者自动存储

第49页,共54页，2024年2月25日，星期天绝对测量方法-辐射照度(Irradiance)辐射照度使用余弦接收器或者反射式余弦接收器或者积分球对准目标优化(OPT)点击RAD图标空格键存储或者自动存储第50页,共54页，2024年2月25日，星期天相对测量