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高光谱地物光谱仪(高光谱 地质)

来源:www.haichao.net  时间:2023-01-16 10:38   点击:53  编辑:admin   手机版

1. 高光谱 地质

为了便于专业人员研究和应用遥感技术,人们从不同的角度对遥感作如下分类:

1、按搭载传感器的遥感平台分类

根据遥感探测所采用的遥感平台不同可以将遥感分类为: 地面遥感,即把传感器设置在地面平台上,如车载、船载、手提、固定或活动高架平台等;航空遥感,即把传感器设置在航空器上,如气球、航模、飞机及其它航空器等; 航天遥感,即把传感器设置在航天器上,如人造卫星、宇宙飞船、空间实验室等。

2、按遥感探测的工作方式分类

根据遥感探测的工作方式不同可以将遥感分类为: 主动式遥感,即由传感器主动地向被探测的目标物发射一定波长的电磁波,然后接受并记录从目标物反射回来的电磁波; 被动式遥感,即传感器不向被探测的目标物发射电磁波,而是直接接受并记录目标物反射太阳辐射或目标物自身发射的电磁波。

3、按遥感探测的工作波段分类

根据遥感探测的工作波段不同可以将遥感分类为: 紫外遥感,其探测波段在0.3~0.38um之间; 可见光,其探测波段在0.38~0.76um之间; 红外遥感,其探测波段在0.76~14um之间; 微波遥感,其探测波段在1mm~1m之间; 多光谱遥感,其探测波段在可见光与红外波段范围之内,但又将这一波段范围划分成若干个窄波段来进行探测。高光谱遥感是在紫外到中红外波段范围内,并且也将这一波段范围划分成许多非常窄且光谱连续的波段来进行探测。

4、按遥感探测的应用领域分类

根据遥 感探测的应用领域,从宏观研究角度可以将遥感分类为: 外层空间遥感、大气层遥感、陆地遥感、海洋遥感等; 从微观应用角度可以将遥感分类为: 军事遥感、地质遥感、资源遥感、环境遥感、测绘遥感、气象遥感、水文遥感、农业遥感、林业遥感、渔业遥感、灾害遥感及城市遥感等。

2. 地物光谱分析

高光谱遥感技术是近些年来迅速发展起来的一种全新遥感技术,它是集探测器技术、精密光学机械、微弱信号检测、计算机技术、信息处理技术于一体的综合性技术。高光谱遥感实现了对地物的空间信息、辐射信息和光谱信息的立体同步获取,从而大大提高了遥感影像获取地面目标的能力。高光谱遥感的光谱信息反映了地物的物质结构,所以利用光谱信息可以定量地描述不同地物成分,从而达到利用光谱信息识别微量成分,甚至是地物化学成分。高光谱遥感的成像光谱仪技术把成像技术和分光谱技术有机地结合起来(赵英时,2003)。由于成像光谱仪高光谱分辨率的巨大优势,光谱的覆盖范围从可见光到热红外,可获取地表观测数据中丰富的光谱信息,已成为人们利用高光谱遥感数据进行地物精确分类、地物特征信息提取和识别的重要依据。成像光谱技术的兴起与发展,极大地增强了遥感对地的观测能力和对地物的鉴别能力,使遥感从鉴别发展到对地物的直接识别,使遥感工作方法由图像分析转变为以谱分析为主的图谱结合模式,也使遥感应用逐渐摆脱 “看图识字” 的阶段,而越来越依赖于对地物波谱特征定量分析和理解(Boardman,1994;王润生等,2007)。

成像光谱的突出特点在于:

(1)高光谱分辨率高光谱成像光谱仪可以同时获取紫外线、可见光、红外线、微波等波段的光谱信息,并且能够将它们划分成几百个甚至上千个连续的波段间隔非常窄的光谱段。一般而言,目前的传感器能识别的波段间隔通常是10nm左右,甚至可以达到2.5nm。例如,美国的机载航空可见光/红外成像光谱仪(AVIRIS)采集的数据,可以获得224个连续的高光谱波段,波段范围0.4~2.45μm,像元的空间分辨率为3.5m,波段宽度为10nm。

(2)图谱合一,多维表达成像光谱仪在获得数十、数百个光谱图像的同时,可以显示影像中每个像元的连续光谱。成像光谱仪把地表地物以光谱波段的形式显示在高光谱影像上,使得高光谱影像同时具有光谱特征和普通遥感影像的空间特征,从而达到了 “图谱合一” 的形式。地物波谱研究表明,地表物质在0.4~2.5μm光谱区间内均有可以作为识别标志的光谱吸收带,其带宽约20~40nm,成像光谱仪的高光谱分辨率可以捕捉到这一信息。它所提供的每个像元或像元组的连续光谱,较客观地反映了地物光谱特征以及光谱特征的微弱变化,因此可以通过成像光谱仪获得的光谱来精细地描述地物的细微差异,可以进行光谱波形形态分析,并与实验室、野外及光谱数据库的光谱匹配,从而检测出具有诊断意义的地物光谱特征(一些特殊的窄波长间隔的吸收/反射特征),使利用光谱信息直接识别地物成为可能。

(3)数据量大,信息冗余多,隐含特征丰富由于高光谱遥感具有成百上千的波段,因此一幅影像有着巨大的数据量。且在提供丰富详细信息的同时,由于不同波段,特别是相邻波段之间往往具有较强的相关性,导致信息冗余。但不同波段具有不同的优势应用方面,因此也不能简单地应用某一波段取代其他波段,所以处理信息量与光谱信息的关系也是一个重要问题。又因为高光谱遥感影像从图像、光谱两个角度对地物进行表达,所以通过对影像和光谱向量的处理可以获得大量隐含的、丰富的对地物识别与处理有用的特征(陈志军,2006)。因此,合理使用光谱维数据,有效地减少冗余的信息,发掘隐含在光谱波段之间的信息对于地物微量信息识别具有重要的作用,也是目前研究的热点之一。

(4)空间分辨率较高航空成像光谱仪均具有较高的空间分辨率。一般瞬时视场角(IFOV)为1.0~3.0mrad(毫弧度),个别小于1mrad等。

3. 地物光谱测量

地物辐射和反射的电磁波能量在电磁波谱范围内随波长的分布。地球上温度高于0K的物体都能自发地发射电磁波,这一物理现象称为热辐射。

它是组成物体的大量粒子无规则热运动的结果。地物热辐射强度按波长的分布称为地物辐射波谱。它与物体的温度及其他物理和化学特性有关。各种物体对入射的电磁波能产生反射、透射和吸收效应。反射强度或反射率按波长的分布称为地物反射波谱。它也与物体的某些性质有关。地物波谱特性是遥感技术的物理基础。

地物波谱 - 辐射波谱

根据热平衡原理,物体在热辐射的同时也在吸收电磁波。辐射能力强的物体吸收能力也强。能完全吸收入射的电磁波而不产生反射和透射的物体称为黑体。它是一种理想的吸收效率最高的吸收体,因而也是辐射效率最高的辐射体。物体的热辐射效率用发射率ε表示,黑体的发射率定为1,一般物体的发射率都小于1。

根据量子统计力学上的普朗克辐射定律,黑体的辐射强度与绝对温度的关系以及按波长的分布,可表示为

式中h为普朗克常数;k为玻耳兹曼常数;c为光速;λ为波长;T为绝对温度。这个定律表示一个黑体在某一方向的单位投影表面,在单位时间、单位波长和单位立体角内所辐射的能量。这种辐射强度称为黑体的谱辐射亮度。

当绝对温度一定时,黑体的波谱有一峰值,对应峰值的波长称为辐射峰值波长λm,λm与T成反比,即随着温度升高,峰值波长向较短波长方向移动。常温(300K)黑体的峰值波长约为10微米。太阳可看成为近似的黑体,其峰值波长约为0.5微米。

一般物体的辐射效率低于黑体的辐射效率(ε<1),所以一般物体的辐射亮度L小于同温度的黑体的谱辐射亮度Lb,两者的关系可表示为

L(λ,T)=ε(λ)Lb(λ,T)

物体的辐射强度也常用亮度温度(简称亮温)Ta表示,当温度为Tb的黑体的辐射亮度等于温度为T的物体的辐射亮度时,黑体的温度Tb就称为该物体的亮度温度。一般物体的亮温Tb总是小于它的实际温度T。在微波波段,常温物体的亮度温度Tb与实际温度T有以下简单关系

Tb=εT

因此,在常温范围内物体的亮温Tb决定于绝对温度T及其发射率ε,而ε则与波长、物体的介电特性和表面的粗糙度等因素有关,以土壤为例,湿度越大,亮温越低;表面越粗糙,亮温越高。

在可见光和红外波段,地物辐射特性用红外辐射计、可见光辐射计、双光束干涉仪、多光束干涉仪等光谱仪器来测量。在微波波段,地面辐射计经参考辐射源(标准噪声源或等效负载)校准后,可测定地物的微波亮度温度。

地物波谱 - 反射波谱

地物反射电磁波的强度决定于物体本身的物理和化学特性,并与入射电磁波的波长、极化和入射方向有关。在电磁波谱的0.3~2.5微米波段内,地物主要反射太阳辐射的电磁波,地物本身的热辐射可以忽略不计。在波长大于 6微米的波段则主要是地物的热辐射,而太阳辐射的影响却很小。在2.5~6微米波段内太阳辐射和地物热辐射均应考虑。

地物反射波谱用谱反射率ρ(λ)表示,它是某一波长上反射功率与入射功率之比。地物反射率是其介电特性、粗糙度以及入射电磁波的波长、极化和入射角的函数。光滑表面(起伏小于λ/8)产生镜面反射,入射角等于反射角,反射率的大小可用菲涅耳公式计算;粗糙表面具有无方向性的漫反射或散射,反射波的振幅和相位无规则变化。实际表面既非完全光滑又非完全粗糙,镜面反射和漫反射同时存在。地物反射率可用分光光度计或多光谱扫描仪通过与已知样板的比较而测量出来。土壤反射率对土壤质地、腐殖质和矿物质以及含水量比较敏感。含水量越大,土壤对太阳辐射的反射率越低。各种植物的反射率与波长以及植物种类、生长状况和生长条件等因素有明显的依从关系

4. 高光谱地物识别

原理是高光谱分辨率遥感是用很窄而连续的光谱通道对地物持续遥感成像的技术。在可见光到短波红外波段其光谱分辨率高达纳米(nm)数量级,通常具有波段多的特点,光谱通道数多达数十甚至数百个以上,而且各光谱通道间往往是连续的,因此高光谱遥感又通常被称为成像光谱遥感。

5. 高光谱地物光谱仪怎么用

使用方法

1、敷上面膜或涂抹敷料

2、将光谱仪放置面膜敷料上方位置(没有敷料的部位用棉片或毛巾遮盖)

3、治疗者带上遮光眼镜

4、静待 15-20分钟(最长照射时间:面部 25 分钟;身体部位 30 分钟)

5、卸下面膜敷料,涂抹保湿水、乳、霜完成操作。

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