地物波谱测量
典型地物反射波谱测量与特征分析
典型地物反射波谱测量与特征分析引言典型地物反射波谱测量与特征分析是遥感领域的重要研究内容之一、通过获取地物的反射光谱特性，可以深入了解地物的组成和性质，从而实现地物分类和变化监测等应用。
本文将介绍地物反射光谱测量的方法以及常见的特征分析方法。
一、地物反射光谱测量方法1.无人机航拍法无人机航拍法是一种比较常用的地物反射光谱测量方法。
通过搭载光谱仪等设备的无人机进行航拍，可以获取高分辨率的光谱数据。
这种方法适用于小范围的地物反射光谱测量，可以获取非常详细的地物光谱信息。
2.便携式光谱仪法便携式光谱仪法是一种简便易行的地物反射光谱测量方法。
通过使用便携式光谱仪，可以在不同地点采集地物的光谱数据。
这种方法适用于快速测量大面积范围的地物光谱信息，常用于农业、植被监测等领域。
3.卫星遥感法卫星遥感法是一种广泛应用于大区域地物光谱测量的方法。
通过卫星传感器获取的遥感数据，可以得到地物的反射光谱特性。
这种方法适用于大范围的地物光谱监测和研究。
二、地物反射光谱特征分析方法1.基于统计学的分析方法基于统计学的分析方法通过对光谱数据进行统计学分析，提取地物的光谱特征。
常见的方法有频率统计和概率分布分析。
这些方法能够揭示地物光谱的整体分布规律，帮助区分不同地物类型。
2.基于特征波长的分析方法基于特征波长的分析方法通过找到光谱数据中特定波长的峰值或谷值，来提取地物的光谱特征。
常见的方法有光谱指数法和比值法。
这些方法能够有效提取地物的光谱特征，突出地物的不同性质。
3.基于光谱反射率的分类方法基于光谱反射率的分类方法通过将地物反射光谱与已知地物光谱进行对比，实现地物的分类。
常见的方法有最大似然分类和支持向量机分类。
这些方法通过对光谱数据进行分析，可以将地物进行有效地分类。
三、应用实例1.植被监测通过地物反射光谱测量和特征分析，可以实现对不同植被的监测。
通过提取植被的光谱特征，可以了解植被的生长状况、叶绿素含量等指标，进而对植被进行分类和变化监测。
地物光谱仪测量流程测定注意事项 光谱仪如何操作
地物光谱仪测量流程测定注意事项光谱仪如何操作地物光谱仪可以实时测量反射、透射辐射和辐照度波谱曲线。
其测定流程包括：1、先打开光谱仪电源，然后打开计算机电源2、启动RS3软件。
野外使用时一般用黑白界面的FR程序，室内一般使用彩色FR界面。
在软件上选择相应的镜头并调整光谱平均、暗电流平均和白板采集平均次数。
3、点击图标OPT，探头垂直对准白板（注意：白板必需充分镜头视场，工作过程中特别是开始工作的前半个小时内每隔确定时间做一次优化并且注意每隔三五分钟采集一次暗电流），这时看计算机界面的右下角优化的进行情况，当优化完成后，若中心曲线占界面一半时，证明优化成功，否则则重新优化，或当左边显现红色的“saturature”, 则重新优化,直至优化成功。
（4、优化完成后，点击图标WR采集参比光谱，探头垂直对准白板，这时看计算机中心界面，若这时显现一条水平线，且反射率为1.0，完成操作，否则，重新进行操作。
5、ALT+S在软件中选择或填写需要存储数据的路径、名称和其他内容（注意：存储时，不要与程序软件存在一个路径下，避开混淆）。
6、探头垂直对准目标物，探头稳定后，点击空格键，开始采集目标信息。
采集完成后，收起探头，准备下一目标测定。
地物光谱仪测量注意事项1、地物光谱仪测试的基本要求是在晴天中午前后进行，风力不超过5级，假如测试土壤光谱，必需在雨过3天以后进行。
2、仪器向下正对着被测物体，保持确定的距离，探头为25视场角，依据地面视场范围计算探头距离地面高度，以便取得平均光谱。
3、每次地物光谱测量前，对准标准参考板进行定标校准，得到接近100％的基线，然后对着目标地物测量；为使所测数据能与卫星传感器所获得的数据进行比较，测量仪器均垂直向下进行测量。
4、探头定位时必需避开阴影，人应当面对阳光，避开自身阴影落在目标物上，这样可以得到一致的测量结果。
野外大范围测试光谱数据时，需要沿着阴影的反方向布置测点。
天气较好时每隔几分钟就要用白板校正1次，防止传感器响应系统的漂移和太阳入射角的变化影响，假如天气较差，校正应更频繁。
地物光谱反射率的测定
实习一地物光谱反射率的测定
实习目的：
1．学习地物光谱的测定方法；
2．认识地物光谱反射率的规律。
实习仪器：
1．便携式地物波谱仪
2．标准参考板
实习步骤：
1．光谱仪、计算机充电。
2．连接电池、网线、探头电源、光纤，准备好白板。
3．打开光谱仪电源，然后打开计算机电源，并启动RS3软件。
4．在软件上调整光谱平均、暗电流平均和白板采集平均次数。
5．在软件中选择或填写需要存储数据的路径、名称和其他内容。
6．开始测量：
（1）打开探头电源，探头放在白板上面，点击OPT优化；
（2）探头仍然对准白板，点击WR采集参比光谱。
此时，软件自动进入反射率测量状态。
（3）探头移向被测目标的测量位置，按空格键存储采集到的目标反射光谱。
7．先关闭计算机再关闭仪器。
8．分析实测结果：
（1）准确绘出地物光谱反射率曲线；
（2）根据地物光谱反射率曲线，比较地物光谱曲线特征；（3）分析实习过程中可能引起误差的因素。
遥感原理与应用地物波谱的测定
资料 它是有效地进行遥感图像数字处理的前提之一， 是用户判读、识别、分析遥感影像的基础。
1.4.2 地物波谱特性的测定原理
对于不透明的物体，其发射率与反射率有下 列关系：ε(λ)=1-ρ(λ) 各种地物发射辐射电磁波的特性可以通过间 接地测试各种地物反射辐射电磁波的特性得 到。 地物波谱特征（反射波谱）测定的原理是： 用光谱测定仪器（置于不同波长或波谱段） 分别探测地物和标准板，测量、记录和计算 地物对每个波谱段的反射率，其反射率的变 化规律即为该地物的波谱特性。
1.4地物波谱特性的测定
地物波谱特性的概念 地物波谱特性的测定原理 地物波谱特性的测定步骤
1.4.1 地物波谱特性的概念
地物波谱也称地物光谱。 地物波谱特性是指各种地物各自所具有的电 磁波特性（发射辐射或反射辐射）。 测量地物的反射波谱特性曲线主要作用：
它是选择遥感波谱段、设计遥感仪器的依据 在外业测量中，它是选择合适的飞行时间的基础
测定地物反射波谱特性的仪器
分光光度计，光谱仪，摄谱仪 仪器由收集器、分光器、探测器和显示或记 录器组成。
收集器的作用是收集来自物体或标准板的反射辐
射能量。它一般由物镜、反射镜、光栏（或狭缝） 组成； 分光器的作用是将收集器传递过来的复色光进行 分光（色散），它可选用棱镜、光栅或滤光片； 探测器的类型有光电管、硅光电二极管、摄影负 片等； 显示或记录器是将探测器上输出信号显示或记录 下来，或驱动X－Y绘图仪直接绘成曲线。
根据所测结果，以ρλ为纵坐标轴，λ为横坐标轴 画出地物反射波谱特性曲线。
测量的原理
分别测量地物和标准板的反射辐射通量密度
典型地物反射波谱测量与特征分析
典型地物反射波谱测量与特征分析一、实验目的与要求1.实验意义：(1）对光谱测量仪器的认识：ASＤ野外光谱分析仪FieldSｐｅcPro是一种测量可见光到近红外波段地物波谱的有效工具，它能够快速扫描地物, 光线探头在毫秒内得到地物的单一光谱。
FieldSpｅｃ分光仪主要由附属手提电脑，观测仪器,手枪式把手，光线光学探头以及连接数据线组成。
通过连接电脑，可实时持续显示测量光谱，使得测量者可以即时获取需要的测量数据。
（２）对课堂内容的认识:地物反射光谱是指某种物体的反射率或反射辐射能随波长变化的规律，以波长为横坐标, 反射率为纵坐标所得到的曲线即为反射波谱特性曲线。
影响地物波谱变化的因素:太阳位置(太阳高度角和方位角)。
不同的地理位置,海拔高度不同。
时间、季节的变化。
地物本身差异、土壤含水量、植被病虫害。
2.实验目的:（1)地物波谱数据获取需要使用地面光谱仪，通过该实验学会地面光谱仪的原理与使用方法。
（2）通过对地物光谱曲线分析,比较相异与相似地物反射光谱特征。
认识并掌握典型地物反射光谱特征。
二、实验内容与方法1.实验内容(１)典型地物反射波谱测量选择典型地物类型,使用地物光谱仪，开展地物光谱测量,获得典型地物可见光近红外波段(０．4-2．５微米)的反射光谱曲线。
地物类型：植被(草地、灌丛)，水体（不同水深,有无植被）,土壤(裸土、有少量植被覆盖土壤）,不透水地面（水泥地面、沥青路面、大理石地面）。
（2)地物波谱特征分析a)标准波谱库浏览b)波谱库创建c)高光谱地物识别●从标准波谱库选择端元进行地物识别●自定义端元进行地物识别2.实验方法（1）ASD光谱仪简介FieｌｄSpｅc Ｐrｏ型光谱仪是美国分析光谱设备(ASＤ)公司主要的野外用高光谱测量设备。
整台仪器重量7.2公斤，可以获取350~2500ｎm 波长范围内地物的光谱曲线，探测器包括一个用于３50－1000nm的５12像元NMOＳ硅光电二极管阵列, 以及两个用于1000-250０nm的单独的热电制冷的铟－镓-砷光电探测器。
读书报告——地物光谱及其测量
读书报告——地物光谱及其测量一、电磁辐射的微观机制自然界中任何地物都具有其自身的电磁辐射规律，如具有反射，吸收外来的紫外线、可见光、红外线和微波的某些波段的特性，它们又都具有发射某些红外线、微波的特性；少数地物还具有透射电磁波的特性，这种特性称为地物的光谱特性。
物体及射和发射电磁波的,本领随波长的改变而改变的特性，称地物的波谱特征。
而地物产生电磁辐射的微观机制为如下：1、光的吸收与发射电子、原子核、分子的振动和转动都有能级，当入射光子能量与这些能及的某两级的能量差相当时，就会被吸收，且发出相应的能及跃迁；而由高能级向低能级跃迁时，就会发射击电磁辐射。
其频率由两级的能量差决定。
所以不同的能级跃迁的就会产生不同谱段的电磁辐射。
2、反射10 秒，物体内部粒子吸收光子后，由基态跃迁为激发态，通常粒的种激发态极短，约8之后随发射与吸收光子频率相同的光子后，粒子又复原来的能量状态，温度并无变化，这个过程就是反射，即反射：吸收光子＋高能级跃迁——快速低能级跃迁＋放出光子3、吸收1) 有些激发态能级的寿命特别长称亚稳定态，粒子吸收光子进入这些激发态后并非立即放出光子而向下跃迁，而会滞留一段时间，这时间物体内部的能量会增加，温度上升。
这过程就是一般所说的吸收。
2)粒子吸收光子后将其能量转化为化学能4、热辐射热辐射：电子云相互碰撞，造成低能级的轨道跃迁，放出光子，物体温度下降。
5、透射如入射光子的能量与物体内部所有粒子的能级差都不同，那么入射光将不会被子吸收而发生透射。
6、荧光效应某些物质中的粒子（电子）吸收光子进入激发态后，可以级联方式跃迁回基态，因而可以吸收某一波长的能量，再了出另一不同波的光子。
这就是荧光效应。
电磁辐射射到物体上有三个分量：反射、吸收和透射。
分别用反射率，吸收率和透射率来表示。
反射率=反射能量/入射能量；吸收率=吸收能量/入射能量；透射率=透射能量/入射能量。
由于自然界大部分物体不透明，所以可以认为吸收率=1-反射率，因此，高反向率的物体是弱发射体，同时也说明对绝大部分地物，只要测定其反射率就可以推算其发射率。
地物光谱仪功能和原理
地物光谱仪功能和原理
地物光谱仪是一种用于测量地物（如植被、水体、土壤等）反射和辐射特性的仪器。
它能够测量不同波长下地物对光的响应，从而了解地物的光谱特征和组成。
地物光谱仪的功能包括：
1. 反射率测量：地物光谱仪可以测量地物在不同波长下的反射率，从而获得地物的光谱曲线。
2. 吸收特征分析：通过测量地物在不同波长下的光谱曲线，可以了解地物对特定波长光的吸收情况，从而分析地物的化学成分和物理特性。
3. 光谱比较：地物光谱仪可以将不同地物的光谱曲线进行对比分析，从而判断地物的分类和变化。
4. 地表温度测量：地物光谱仪可以通过测量地物在不同波长下的辐射能量，间接获得地表温度信息。
5. 多光谱影像获取：地物光谱仪可以通过获取多个波段的光谱信息，生成多光谱影像，用于地表覆盖分类、环境监测等应用。
地物光谱仪的工作原理主要基于以下几点：
1. 波长选择：地物光谱仪通常采用光栅或滤光片等装置，以选择特定的波长范围进行测量。
2. 光谱测量：地物光谱仪通过光学传感器记录地物在不同波长下的入射光强和反射光强，得到反射率的光谱曲线。
3. 数据处理与分析：地物光谱仪将测量得到的数据进行处理和分析，可以得到地物的光谱特性和光谱指数等指标，用于地物
分类和特征分析。
综上所述，地物光谱仪通过测量地物在不同波长下的反射和辐射特性，来获得地物的光谱特征和组成信息，用于环境监测、农林资源调查、地质勘探等领域。
野外地物波谱测试实验指导
野外地物波谱测试实验指导使用光谱反射仪测试地物波谱的实验步骤1、首先确定需要测定的地物类型，任何不同地物都具有各自不同的光谱特性，都可以作为测定目标。
如：草地、灌木、乔木、水泥地、大理石地、水体等，植物还可以分为健康与不健康的，水体也可以分为无污染与有污染的。
2、确定测量时是采用顺光、逆光或顶光，然后放置标准板，标准板的位置应该与地物的位置一致。
3、光谱反射仪的使用：（1）由开关按钮、电池检查钮(Check)、视场角旋钮（2°或10°）、波长轮鼓（400nm~1050nm）、镜头和观测孔等。
首先打开镜头盖，不要用手触摸镜头，然后打开开关按钮，按住电池检查钮(Check)，如果从观测孔中观测到刻度值大于3就能说明电池仍有电，反之则需要更换电池；从观测孔中除了刻度以外还可以看见一个大圈中间还有一个小圈，大圈是10°视场角的观测范围，小圈是2°视场角的观测范围，一般使用10°视场角，也就是说在观测时大圈中应该充满所测地物而没有任何其它物体；观测孔中得刻度是从0到4，读取时应该估读出小数点后两位。
（2）转动波长轮鼓，从400nm开始依次测量，首先让镜头对准目标地物，通过观测孔读数并记录，再让镜头对准标准板读数记录。
（3）然后将波长轮鼓调到425nm，同前面一样读取地物与标准板的读数，依此按照波长顺序重复数次。
4、读物波谱反射系数的计算：分别将各个波长获得的标准板读数值与其目标物读数相减，然后根据相减所得差值在反射率查询表中查询对应的反射率。
5、反射波谱曲线的绘制：以波长（400nm~1050nm）为横轴，反射率为纵轴，画出光谱反射曲线。
6、对多个地物的反射光谱曲线进行比较分析。
光谱反射率测定记录表地点目标地物类型时间天气顶光（）顺光（）逆光（）。
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传感器阵列由若干个独立的探测象元（通道）按直 线排列而成，我们给每一个探测象元一个固定的地 址，X1,X2,X3,…,X512,…。不同地址上的探测像元 分别响应不同波长的光信号，并将光信号转换为模 拟信号输送到Ａ／Ｄ转换卡。由探测像元得到的模 拟信号经由Ａ／Ｄ转换卡转为数字信号后，再经过 计算机的定标，内插最终在计算机屏幕上以图形的 形式显示出来。
4、 记录参考光谱：将光纤对准白板，并保存 此时光谱。在Trans模式下，此时的光谱曲线 应该为接近1的一条直线。
5 、记录暗光谱：遮住光源（可以用黑套将光 纤套住），并保存此时的光谱。在Trans模式 下，此时的光谱曲线应该为接近0的一条直线， 但在长波段，会表现为系统噪声。
6、 测量目标物体的光谱曲线：
9、仪器应存放于阴凉通风干燥处，严禁暴晒、雨淋， 不得与挥发性气体、液体、油脂类物质共同存放。
10、测量数据的命名应当按照实验的需要具有统一的 规律；在保存数据时，应当同时记录下数据名称、测 量对象、观测方向、观测角度、观测距离、施测仪器、 采参比时间间隔等参数。
11、为减少测量人员自然反射光对观测目标的影响， 观测人员应着深色服装。
5、在测量过程中，不得将光谱仪同电源叠放在一起。不 得使仪器处于长期暴晒的状态下工作。
6、使用参考板时，严禁以手或其他物件与板体工作 面相接触，以免造成工作面的污染或损坏。
7、使用过程中参考板较长期处于非工作状态时，应 及时将盒盖关闭以避免可能的污染而影响下次使用时 数据的准确性。
8、测量工作完成以后，应当及时的将仪器还原装入 包装带中。
光谱仪的操作界面
4、地物波谱特性的测量
地物光谱仪数据处理
数据处理
为获取正确的目标光谱，需要测定的三 类光谱目标：
暗光谱（ 暗光谱（DC (dark current) ）没有光线进 入光谱仪时，仪器本身的噪声；
参考板光谱（ 参考板光谱（RP (reference pan) ） 计算和校正目标光谱所用参考光谱；
目标光谱：从感兴趣目标观测所得光谱。
数据处理原理
其中“R结果”为最终测得数据， “R目标” 为目标光谱，“R参考板”为参考光谱， “R暗” 为暗光谱。
4、地物波谱特性的测量
测量步骤
1、架好光谱仪，接通电源并进行预热。
2、 打开软件，并设置好仪器各个参数。
3 、调节积分时间：为了避免光源变化对测 量目标反射值的影响，需要依照测定时的光 照条件和环境温度调整光谱仪的积分时间， 使在相同的情况下测得样本光谱除以参考光 谱得到一个相对的目标反射光谱。 测量时， 若环境发生变化，重新设置积分时间是很必 要的。
第二章 电磁波及遥感物理基础
4.地物波谱测量
4、地物波谱特性的测量
意义
可见光和近红外地物光谱测量的作用： 1）传感器波段的选择、验证、评价； 2）建立地面、航空和航天遥感数据的定量关系； 3）地物光谱数据与地物特征的相关分析。
4、地物波谱特性的测量
工作原理
以EPP2000 (StellarNet)为例：
2、观测时段内的气象要求为：地面能见度不小于 10km； 太阳周围90 度立体角范围内，淡积云量应小于2%，无卷 云和浓积云等；风力应小于3级。
3、在准备测量阶段应当有序的连接电源、光谱仪和便携 式电脑。
4、应当在不通电的情况下将电源和 USB连接线同光谱仪 连接，通电后将USB 连接线同便携式电脑连接。
将光纤对准待测物体，在Trans模式下，此时 的曲线即为目标物体的光谱特征曲线。
我们将对样本光谱产生影响的因素分为了三类，分别是大气因 素、周围物体的散射因素和物体自身反射特性因素。如图：
其中，大气因素和周围物体的散射因素都属于影响样本 光谱的环境因素。
4、地物波谱特性的测量
操作规范
1、观测时段规定为地方时9:30～15:30, 以确保足够的太 阳高度角；
15、按地物光谱仪的标称精度对光谱分辨率、中心波长位 置、信噪比等主要参数进行定期检验（交国家授权的检测 机构进行）；
16、对漫反射标准参考板，每半年需重新标定一次射光线不是平行投射在传感器阵列上，而 是呈发射性。因此等间隔排列的探测象元（通道）所 感应的光信号的波长并不也是等间隔的，而是存在一 个偏移量（如图）。这个偏移量同探测象元（通道） 的序号成二项式关系：
由于光谱仪偏移情况各不相同，因此在使用光 谱仪时设定其三个定标参数，以改正这个偏移量。
其主要技术参数如下：
12、观测过程中，观测员应面向太阳站立于目标区的后方， 记 录员等其他成员均应站立在观测员身后，避免在目标 区两侧走动。
13、转向新的观测目标区时，观测组全体成员应面向太阳 接近目标区，应杜绝践踏观测区。
14、观测过程中，每半小时左右进行一次光谱仪暗电流测 定，及时校正仪器噪声对观测结果的影响。