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
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。
地物光谱特性曲线测定实验报告
实验课程及编号：地物光谱特性曲线测量及分析 实验项目及编号： 报告
姓名： 人
指导教师： 学号：
姓名：
学号：
实验员：
同 组 姓名： 人员 姓名：
学号： 学号：
姓名：
时 间 实验 软件 硬件 设备
2017 年 10 月 31 日 10：00—11：00 Avasoft7.8 光谱仪、手提电脑、白板与黑板、光纤
图1
Transmittance [% transmittance]
35 30 25 20 15
吉林大学 10 5 0
Wave[nm]
Wave（nm）
二、实验结果（可单独附页）
25 20 15 10
5 0
Transmittance [% transmittance
400 423 446 469 492 515 538 561 584 607 630 653 676 699 722 745 768 791 814 837 860 883 906 929 952 975 998 1021 1044 1067 1090
图2
Transmittance [%
transmittance]
400 425 450 475 500 525 550 575 600 625 650 675 700 725 750 775 800 825 850 875 900 925 950 975 1000 1025 1050 1075 1100
各种物体，由于其结构与组成的成分形状是不一样的。
地物波谱特性（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 别探测地物与标准板，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就 是该地物的波谱特性。
典型地物的反射波谱特征
典型地物的反射波谱特征嘿，朋友们！今天咱来聊聊典型地物的反射波谱特征，这可有意思啦！你看啊，这大地就像一个大舞台，各种地物就是舞台上的主角。
比如说那绿油油的草地，就像一个充满活力的小伙子，反射波谱特征那可是很鲜明的哟！它在可见光波段就特别亮眼，反射率相对较高呢，就好像小伙子在舞台上闪闪发光。
再说说那蓝色的湖泊，哎呀呀，就像一位安静的美少女。
它对蓝光的反射特别强，就像美少女穿着漂亮的蓝色裙子在那亭亭玉立。
你能想象到那种感觉吗？还有那黄澄澄的沙漠，简直就是个热情似火的大汉！它在可见光波段的反射率可不低，就如同大汉在阳光下尽情展现自己的力量。
森林呢，则像一个神秘的守护者。
它的反射波谱特征比较复杂，不同的树种还有不一样的表现呢！有的树种在某些波段反射得多一些，有的则少一些，是不是很神奇？咱们的城市呢，就像是一个热闹的大集市。
各种建筑物、道路啊，它们的反射波谱特征也是各有特点。
那些高楼大厦的表面反射和那些小巷子里的可不一样哦，就好像集市里不同的摊位都有自己独特的魅力。
你说这大自然是不是很奇妙？通过研究这些典型地物的反射波谱特征，我们就能更好地了解这个世界啦！我们可以用这些知识来监测环境变化呀，看看草地是不是变少了，湖泊有没有被污染呀。
这就好比我们有了一双神奇的眼睛，可以看到大地的秘密呢！而且啊，这对我们的日常生活也有很大的帮助呢。
比如说在农业上，我们可以根据农作物的反射波谱特征来判断它们的生长状况，是不是缺水啦，有没有生病呀。
这不就像我们能听懂农作物的“语言”一样吗？所以啊，大家可别小看了这典型地物的反射波谱特征。
它就像一把钥匙，能打开我们了解大自然的大门。
让我们一起好好探索这个神奇的世界吧，你准备好了吗？反正我是超级期待的啦！这就是我对典型地物反射波谱特征的看法，有趣又实用，对吧！。
遥感地学分析实验——实验二：遥感图像典型地物波谱特征分析
遥感地学分析实验——实验二：遥感图像典型地物波谱特征分
析
实验二：遥感图像典型地物波谱特征分析（3学时）
原理与方法
太阳辐射到达地面之后，物体除了反射作用外，还有对电磁辐射的吸收作用。
电磁辐射未被吸收和反射的其余部分则是透过的部分，即：
太阳辐射能量＝反射能量＋吸收能量＋透射能量
反射能量的大小决定了不同地物在不同电磁波波段上的反射率的大小，针对实验一测量获得的典型地物波谱数据分析其不同波长上的反射和吸收特征。
实验方法采用曲线分析法，分析典型地物的反射光谱峰谷变换。
实习仪器
学生实习机房
图象处理软件（ENVI3.5）
实验目的
1、掌握典型地物（植被、水体、裸岩等）类型的波谱特征；
2、掌握应用遥感图像处理软件进行典型地物波谱分析方法；
3、重点分析不同植被类型光谱差异的影响因素。
实验报告
内容包括：典型地物（植被、水体、裸岩等）类型的波谱特征与遥感影像的对比分析，不同植被类型光谱差异的影响因素分析。
典型地物波谱特征
典型地物波谱特征常见的典型地物波谱特征包括：1.植被：植被在可见光和近红外波段具有较高的反射率，尤其在红边波段表现出明显的反射峰。
而在短波红外和热红外波段，植被的反射率较低。
这一特征可以用来判断植被的分布和类型，以及监测植被的健康状况。
2.水体：水体通常在可见光波段具有较低的反射率，但在近红外波段具有较高的反射率。
这一特征可以用来区分水体和陆地，并进行水质监测和水资源管理。
3.土壤：不同类型的土壤在可见光和近红外波段的反射率有所不同，主要取决于土壤的颜色和成分。
比如，沙质土壤在可见光波段呈现较高的反射率，而黏土质土壤在近红外波段呈现较高的反射率。
土壤的波谱特征可以用来判断土壤质地和化学性质，以及进行土地利用和土地管理。
4.建筑和道路：建筑物和道路在可见光和近红外波段具有较高的反射率，而在短波红外和热红外波段具有较低的反射率。
这一特征可以用来判断城市区域的布局和发展情况，并进行城市规划和交通管理。
5.矿产资源：不同类型的矿产资源在不同波段的光谱中呈现出明显的特征。
比如，铁矿石在红外和热红外波段具有较高的反射率，而铜矿石在可见光和近红外波段具有较高的反射率。
这一特征可以用来探测和勘探矿产资源。
除了以上几类典型地物的波谱特征，还有其他一些特定地物的波谱特征。
比如，冰雪在可见光和近红外波段表现出较高的反射率，而沙漠和裸露的岩石在可见光和近红外波段表现出较低的反射率。
这些特征可以用来研究气候变化和地貌演化等领域。
总结起来，典型地物的波谱特征是由地物的物理和化学性质所决定的，不同的地物在不同波段的光谱中表现出不同的反射特征。
通过对这些特征的分析和识别，可以从遥感图像中提取有关地物的信息，并进行地物分类和目标检测，为地理信息系统和自然资源管理提供有力支持。
地物的反射光谱与地物波谱特性
地物的反射光谱曲线
不同的地物在不 同波段反射率存在差 异。
右图为雪地、小
麦地的光谱曲线。
植物反射波谱特性
由于植物均进行光合 作用，因此各类绿色植物 具有很相似的反射波谱特 性： 在可见光波段 0.55μm（绿光）附近有 反射率为10%-20%的一个 波峰； 在近红外波段0.81.0μm间有一个反射的陡 坡，至1.1μm附近有一个 峰值，形成植被的独有特 征。
地物的反射光谱
物体是反射波谱限于紫外、可见光
和近红外，尤其是后两波段。
物体的反射波谱是特征主要取决于该
物体与入射辐射相互作用的波长选择，即：
对入辐射是反射、吸收和投射的选择性，其 中反射作用是主要的。
地物的反射光谱
地物的反射光谱有如下特征： （1）不同的地物在不同波段反射率存在差异 （如雪地、小麦地的光谱曲线） （2）相同地物光谱曲线有相似性，但是也存在 差异性（如患虫害的小麦与正常小麦的光谱曲线） （3）地物光谱特征具有事件性和空间性（不同 时间与空间光谱特征不同
完善等很多问题仍然缺乏一套系统的、规范的我
国典型地物的波普数据。
国外地物波谱库研究现状
美国NASA于70年代初就初步建立了地
球资源信息系统（ERSIS）。包括植被、土
壤、岩矿和水体等2000余种地物的实验室 反射波谱数据。
地物波谱仪
地物波谱仪
逐渐摆脱“看图识字”的阶段，越来越依赖于地
物波谱特性的研究和发展。
我国地物波谱特性发展现状
地物波谱特性是遥感探测的基础，遥感优
化组合的依据，是定量遥感的技术与应用发展的 先决条件，但我国在地物波谱特性研究中还存在 在很多问题，尽管我国近年引进了一大批代表国 际前沿的地物波谱测试的设备，但其辅助装置不
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。
2.3 地物波谱特征
2、 影响样本光谱的因素
2、 影响样本光谱的因素 在光谱的采集过程中，对我们所感兴 趣的样本产生影响的因素很多，而且关 系非常复杂。这些因素中，有些是可以 在数据的处理过程中削弱和去除的，而 有些因素产生的影响却是无法估计和处 理的。所以在采集样本光谱时，我们必 须考虑到各种因素，尽量避免一些无法 定量的因素对最终结果产生影响。
地物反射波谱特征
反射率和反射光谱
–物体的反射
物体的反射状况根据其表面状况的不同分为三种：
镜面反射:入射角与反射角相等 漫反射:当入射辐照度I一定时，从任何角度观察
反射面，其反射辐射亮度是一个常数，这种反射 面又叫朗伯面。
实际物体反射:介于镜面和朗伯面（漫反射
面）之间
实际物体反射
设φ i、θ i分别为入射 方向的方位角和天顶 角，φ r、θ r分别为某 一反射方向的方位角 和天顶角。那么方向 反射因子ρ ’可以表 示为： Lr ( r r ) ' ( i i , r r ) I i ( i i )
1.2 测量仪器的软件介绍
多种参数设置：
Spectra Wiz软件中提供了许多设置参数来控制各种不 同的功能，例如： Detector integration time （TIME）设定光谱仪输 出信号功率； Spectral smoothing controls （SIM）设定光谱曲线平 滑算子； Number of scans to average （AVG）设定光谱平均采 样次数； 合理的设置这些参数，能够起到事半功倍的效果。例 如，选择适当的TIME和AVG参数值，能使仪器在较 短的时间内获得高信噪比的数据，这样便为数据的后 期处理减轻了负担。
或氧化镁制成，在反射天顶角≤45o时，
地物反射波谱实验指导1
实验一地物反射波谱实验一、实验目的：1、通过实验认识地物光谱反射率的规律，熟悉典型地物的波谱曲线；2、掌握从感兴趣区中提取典型地物波谱信息方法。
二、实验设备：计算机、ENVI、遥感数据。
三、实验任务：1、从ENVI软件JHU波谱库中打开植被、水、土壤等典型地物的波谱曲线，并指出各地物波谱曲线的典型特征；2、通过ENVI从高光谱数据中采集各种岩石的波谱曲线；并从Jpll波谱库中提起相应岩石的波谱，对比两种方法获得曲线的异同，并分析原因。
四、实验原理：遥感的物理基础是地物对电磁波的反射、吸收和发射特性；遥感研究的最终目的是应用，遥感技术及其应用实质上是一个地物电磁波谱特性成像与反演的问题，要想利用遥感图像正确有效地分析问题、解决问题，必须对各类地物波谱特性及其变化规律有较全面、深入的认识。
详细内容参考课本与讲义。
五、实验步骤：JHU波谱库中打开植被、水、土壤等典型地物的波谱曲线1、选择“查看波谱库”按钮；2、在Spectral Library Input File 对话框，选择Open > Spectral Library.3、出现文件选择对话框时，选择一个波谱库文件名（如jhu_lib>water.sli），它将在Spectral Library Input File对话框中供你选择利用。
选择一个波谱库，点击其名字，点击“OK”。
4、Spectral Library Viewer 对话框将出现，供你选择个别的库波谱，并用于图示。
5、重复以上步骤，分别打开植被、水体、土壤等地物波谱库，并分析各地物波谱曲线的特征。
高光谱数据提取岩石波谱并对比分析波谱库中的相应波谱曲线1、在ENVI主菜单中，选择File>Open Image File，然后选择cup95_at.int文件，点击open弹出可用波段列表，它将列出50个波段的名字。
2、在可用波段列表对话框中，选择Band193.3、点击Gray Scale单选按钮，然后点击Load Band。
地物反射波谱特征及高光谱成像遥感
收稿日期:2008-08-28作者简介:张亚梅(1969-),女,河北秦皇岛人,硕士研究生,主要研究方向为光电工程及自动控制.文章编号:1673-1255(2008)05-0006-06地物反射波谱特征及高光谱成像遥感张亚梅(东北电子技术研究所,辽宁 锦州 121000)摘 要:依据地表物体表面外形特性,物体反射分为镜面反射、漫反射和方向反射.探讨了3类反射的特性曲线,介绍了几种典型的地物类型反射波谱特征,并对影响地物光谱反射特性变化的因素进行了概略描述,以加强对地物电磁波谱特征的认知,及开展与高光谱成像领域相关的遥感图像分析、反演和应用等方面的工作.关键词:地物;反射波谱;高光谱成像;遥感中图分类号:V 443.5 文献标识码:ASpectrum Characteristics of Surface Features Reflectionand High Spectral Imaging Remote SensingZHANG Ya -mei(Northeast Res earch Institute of Electronics Technolo gy ,Jinzhou 121000,china )A bstract :Based on the external features of surface objects ,the objects reflection is divided into mirror surface re -flection ,diffuse reflection and directional reflection .In order to have a deep know ledge of the electromagnetic spectrum characteristics of surface features ,three kinds of reflected characteristic curves are discussed ,and sev -eral types of spectrum characteristics of surface features reflection are introduced .The factors influencing the spectral reflection characteristics of surface features are sum marized and the wo rk on remote sensing image analy -sis ,counterevidence and application related to the field of high spectral imaging are done .Key words :surface features ;reflected spectrum ;high spectral imaging ;remote sensing 自1948年原苏联的克里诺夫出版了有关地物波谱特性研究以来,人们开展了大量的地物波谱特性的观测和研究.20世纪60年代美国为发射地球资源卫星曾全面地开展了地物波谱特性研究,20世纪70年代该项研究进入高潮.目前研究的波段基本覆盖了遥感所使用的波段,测量和研究的对象包括了自然界的植被、土壤、岩石、水体和人工建筑等地物.这些研究对认识遥感成像机理、遥感图像解译、遥感仪器最佳探测波段选择和遥感仪器研制等起到了推动作用.随着遥感应用的深入,遥感信息与地物相互作用的研究有了进一步发展;特别是成像光谱仪的应用,不仅显示了地物波谱特性研究的重要性,而且也推动了这一领域的研究.因为它可以获得图谱合一的信息,可以直接将地物波谱特性和遥感图像结合在一起,在图像分析和应用方面都取得了很好的结果.现代遥感技术的发展,不仅延伸了地物的成像波段范围,而且可以在需要的任何波段独立成像或连续成像,提高了地物光谱分辨力,有利于区别各类物质在不同波段的光谱响应特性,突出特定地物反射峰值波长的微小差异.开展地物可见光和近红外反射波谱特征分析研究是对遥感图像进行数据利用和评价的物理基础[1].1 地物的反射类别及反射特性曲线地物波谱特性是电磁辐射与地物相互作用的一种表现,可见光和近红外波段主要表现地物反射作用和地物的吸收作用.因此,地物反射波谱特征也就第23卷第5期2008年10月 光电技术应用ELECT RO -O PT IC T ECHNO LOG Y APP LICA TI ON Vo l .23,No .5October .2008是指地物可见光和近红外波段波谱特征.根据地表目标物体表面性质的不同,物体反射大体上可以分为3种类型,即镜面反射、漫反射、方向反射(实际物体的反射).镜面反射是指物体的反射满足反射定律.当发生镜面反射时,对于不透明物体,其反射能量等于入射能量减去物体吸收的能量.自然界中真正的镜面很少,非常平静的水面可以近似认为是镜面.漫反射,如果入射电磁波波长λ不变,表面粗糙度h 逐渐增加,直到h 与λ同数量级,这时整个表面均匀反射入射电磁波,入射到此表面的电磁辐射按照朗伯余弦定律反射,其反射辐照亮度是一个常数,这种反射面又叫朗伯面.实际地物表面由于地形起伏,在某个方向上反射最强烈,称为方向反射,是介于镜面和朗伯面(漫反射)之间的一种反射.自然界中绝大多数地物的反射都属于这种类型的反射,又叫非朗伯面反射.它发生在地物粗糙度继续增大的情况下,反射具有各向异性,即实际物体面在有入射波时各个方向都有反射能量,但大小不同.从空间对地面观察时,对于平面地区,并且地面物体均匀分布,可以看成漫反射;对于地形起伏和地面结构复杂的地区,为方向反射.图1示出了3种反射的情况.图1 3种反射形式反射率是物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比,ρ=E r /E ,这个反射率是在理想漫反射体的情况下,整个电磁波长的反射率.实际上由于物体固有的结构特点,对于不同波长的电磁波会产生有选择的反射,例如绿色植物的叶子由于表皮、叶绿素颗粒组成的栅栏组织和多孔薄壁细胞组织构成,如图2所示.入射到叶子上的太阳辐射透过上表皮,蓝、红光辐射能被叶绿素吸收进行光合作用;绿光也吸收了一大部分,但仍反射一部分,所以叶子呈现绿色;而近红外线可以穿透叶绿素,被多孔薄壁细胞组织所反射.因此,在近红外波段上形成强反射.图2 叶子的结构及其反射反射波谱是某物体的反射率(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的曲线即称为该物体的反射波谱特性曲线,光谱反射率ρl =E rlE l.物体的反射波谱的特征主要取决于该物体与入射辐射相互作用的波长选择,即对入射辐射的反射、吸收和透射的选择性,其中反射作用是主要的.物体对入射辐射的选择性作用受物体的组成成分、结构、表面状态以及物体所处环境的控制和影响.在漫反射的情况下,组成成分和结构是控制因素.如图3所示为4种地物的反射光谱特性曲线.从图3中曲线可以看到,雪的反射光谱与太阳光谱最相似,在蓝光0.49μm 附近有个波峰,随着波长增加反射率逐渐降低.沙漠的反射率在橙色0.6μm 附近有峰值,但在长波范围里比雪的反射率要高.湿地的反射率较低,色调发暗灰.小麦叶子的反射光谱与太阳的光谱有很大差别,在绿波处有个反射波峰,在红外部分0.7～0.9μm 附近有一个强峰值.图3 4种地物的反射波谱特性曲线各种物体,由于其结构和组成成分不同,反射特性曲线的形状是不一样的,即便是在某波段相似,甚7第5期 张亚梅:地物反射波谱特征及高光谱成像遥感 至一样,但在另外的波段还是有很大的区别的.例如图4所示的柑桔、番茄、玉米、棉花4种地物的反射特性曲线,在0.6～0.7μm 之间很相似,而其他波长(例如0.75～2.5μm 波段之间)的光谱反射特性曲线形状则不同,有很大差别.图4 4种植物的反射波谱特性曲线2 常见的几种地物类型波谱特征2.1 植被的反射波谱特性由于植物均进行光合作用,所以各类绿色植物具有很相似的反射波谱特性,其特征是:在可见光波段0.55μm (绿光)附近有反射率为10%～20%的一个波峰,两侧0.45μm (蓝)和0.67μm (红)则有2个吸收带.这一特征是由于叶绿素的影响造成的,叶绿素对蓝光和红光吸收作用强,而对绿色反射作用强.在近红外波段0.8～1.0μm 间有一个反射的陡坡,至1.1μm 附近有一峰值,形成植被的独有特征.这是由于植被叶的细胞结构的影响,除了吸收和透射的部分,形成的高反射率.图5 绿色植物反射波谱曲线在中红外波段1.3～2.5μm ,以1.45、1.95μm 和2.7μm 为中心是水的吸收带,受到绿色植物含水量的影响,吸收率大增,反射率下降,形成低谷.而1.5～1.9μm 光谱区反射率增大.绿色植物反射波谱曲线如图5所示[2].植物波谱在上述基本特征下仍有细部差别,这种差别与植物种类、季节、病虫害影响、含水量多少有关系,如图6所示3种类型树木的光谱曲线比较.图6 3种类型树木的光谱曲线比较2.2 土壤的反射波谱特性自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值,一般来讲土壤的光谱特性曲线与以下一些因素有关,即:土壤类别、含水量、有机质含量、砂、土壤表面的粗糙度、粉砂相对百分含量等.土壤含水量增加,土壤的反射率就会下降,在水的各个吸收带(1.4、1.9、2.7μm 处附近区间),反射率的下降尤为明显.此外肥力也对反射率有一定的影响.由图7可以看出,土壤反射波谱特性曲线较平滑,因此在不同光谱段的遥感影像上,土壤的亮度图7 3种不同类型土壤在干燥环境下的光谱曲线8 光 电 技 术 应 用 第23卷区别不明显[2].2.3 水体的反射波谱特性水体对0.45～0.56μm 蓝绿光波段透射能力较强,一般深度可达10～20m ,清澈水体可达100m 的深度.同时,水体的反射也主要在蓝绿光波段,其他波段吸收率很强,特别在近红外、中红外波段有很强的吸收带,反射率几乎为零,因此在遥感中常用近红外波段确定水体的位置和轮廓,在此波段的黑白正片上,水体的色调很黑,与周围的植被和土壤有明显的反差,很容易识别和判读.但是当水中含有其他物质时,反射光谱曲线会发生变化.水含泥沙时,由于泥沙的散射作用,可见光波段发射率会增加,峰值出现在黄红区.如图8所示水中含有叶绿素时,近红外波段明显抬高,这些都是影像分析的重要依据.图8 叶绿素含量不同时水体的光谱曲线2.4 岩石的反射波谱特性岩石的反射波谱主要由矿物成分、矿物含量、物质结构等决定.影响岩石矿物波谱曲线的因素包括岩石风化程度、岩石含水状况、矿物颗粒大小、岩石表面光滑程度、岩石色泽等.几种岩石的反射波谱曲线如图9所示.在遥感探测中一般根据所测岩石的具体情况选择不同的波段.2.5 城市道路、建筑物的反射波谱特性在城市遥感影像中,通常只能看到建筑物的顶部或部分建筑物的侧面,特别是建筑材料所构成的屋顶.从图10中可以看出,铁皮屋顶表面成灰色,反图9 几种岩石的反射波谱曲线射率较低而且起伏小,所以曲线较平坦.石棉瓦反射率最高,沥青粘砂屋顶,由于其表面铺着反射率较高的砂石而决定了其反射率高于灰色的水泥平顶.绿色塑料棚顶的波谱曲线在绿波段处有一反射峰值,与植被相似,但它在近红外波段处没有反射峰值,有别于植被的反射波谱.军事遥感中常用近红外波段区分在绿色波段中不能区分的绿色植被和绿色的军事目标.图10 几种建筑物屋顶的波谱特性城市中道路的主要铺面材料为水泥沙地和沥青两大类,少量部分有褐色地,如图11所示,它们的反射波谱特性曲线形状大体相似,水泥沙路在干爽状态下呈灰白色,反射率最高,沥青路反射率最低.图11 几种道路的波谱特性9第5期 张亚梅:地物反射波谱特征及高光谱成像遥感 3 影响地物光谱反射特性变化的因素有很多因素会引起反射率的变化,如:太阳位置、传感器位置、地理位置、地形、季节、气候变化、地面湿度变化、地物本身的变异、大气状况等.太阳位置主要是指太阳高度角和方位角,如果太阳高度角和方位角不同,则地面物体入射照度也就发生变化.为了减小这2个因素对反射率变化的影响,遥感卫星轨道大多设计在同一地方时间通过当地上空,但由于季节的变化和当地经纬度的变化,造成太阳高度角和方位角的变化是不可避免的.传感器位置指传感器的观测角和方位角,一般空间遥感用的传感器大部分设计成垂直指向地面,这样影响较小,但由于卫星姿态引起的传感器指向偏离垂直方向,仍会造成反射率变化.处在不同地理区域的同种地物具有不同的光谱效应,称之为空间效应.除不同地理区域地物本身的变异因素外,不同的地理位置,太阳高度角和方位角、地理景观等都会引起反射率变化,还有海拔高度不同,大气透明度改变也会造成反射率变化.同一地物的反射波谱特性一般随时间季节变化,称之为时间效应,如图12所示的新雪和陈雪反射特性曲线等.即使在很短的时间内,由于各种随机因素的影响(包括外界的随机因素和仪器的响应偏差)也会引起反射率的变化.这种随机因素的影响还表现在同一幅影像中,但是这种因素的影像引起的光谱反射率变化,将在某一个区间中出现,如图13示出了大豆反射率变化的区间.图14所示,同一春小麦在花期、灌浆期、乳熟期、黄叶期的光谱测试所得的结果.可以看出,花期的春小麦反射率明显高于灌浆期和乳熟期.至于黄叶期,由于不具备绿色植物特征,其反射光谱近似于一条斜线.这是因为黄叶的水含量降低,导致在1.45、1.95、2.7μm附近3个水图12 新雪和陈雪的反射特性曲线图13 大豆反射率变化范围图14 同一作物(春小麦)在不同生长阶段的波谱特性曲线吸收带的减弱.当叶片有病虫害时,将使反射率发生较大变化,也有与黄叶期类似的反射率.4 地物反射波谱与高光谱成像地物的波谱特征是遥感识别地物的重要依据,尤其是针对未来航空航天遥感中的成像波谱仪的重要性更加突出.因此开展各种地物的波谱特征测定和研究,不仅是遥感的基础性工作,而且是遥感应用研究中一个重要的内容.美国NASA于19世纪70年代初就初步建立了地球资源信息系统,包括植被、土壤、岩石和水体等2000余种地物的实验室反射波谱数据.从19世纪80年代,我国许多遥感科学研究部门相继建立了10余个地物波谱库,在我国不同的遥感发展时期都起到了积极的推动作用.现代遥感技术的发展,使得地物的成像范围不仅延伸到人们不可见的紫外和红外波长区,而且可以在需要的任何波段独立成像或连续成像.高光谱遥感的光谱分辨率高于百分之一波长达到纳米(nm)数量级,其光谱通道数多达数十甚至数百,使得遥感的波段宽度从早期的0.4μm(黑白摄影)、0.1μm(多光谱扫描)到5nm(成像光谱仪).遥感器10 光 电 技 术 应 用 第23卷波段宽度窄化,针对性更强,可以突出特定地物反射峰值波长的微小差异;同时,成像光谱仪等的应用,提高了地物光谱分辨力,有利于区别各类物质在不同波段的光谱响应特性.如图15所示成像光谱仪的数据特点[3].图15 高光谱成像光谱仪数据示意图 1983年,世界第一台成像光谱仪AIS -1在美国研制成功,并在矿物填图、植被生化特征等研究方面取得了成功,初显了高光谱遥感的魅力.此后,许多国家先后研制了多种类型的航空成像光谱仪.如美国的AVI RIS 、DAIS ,加拿大的FLI 、CASI ,德国的ROSIS ,澳大利亚的Hy Map 等.在经过航空试验和成功运行应用之后,19世纪90年代末期终于迎来了高光谱遥感的航天发展.1999年美国地球观测计划(EOS )的Terra 综合平台上的中分辨率成像光谱仪(MODIS )、号称新千年计划第一星的EO -1,欧洲环境卫星(ENVISAT )上的M ERIS ,以及欧洲的CHRIS 卫星相继升空,宣告了航天高光谱时代的来临.中国也自行研制了更为先进的推帚式成像光谱仪(PH I ),其在可见光到近红外光谱区具有244个波段,光谱分辨率优于5nm .新的成像光谱系统不仅继续在地质和固体地球领域研究中发挥作用,而且在生物地球化学效应研究、农作物和植被的精细分类、城市地物甚至建筑材料的分类和识别方面都有很好的结果.高光谱成像技术是将由物质成分决定的地物光谱与反映地物存在格局的空间影像有机地结合起来,对空间影像的每一个像素都可赋予对它本身具有特征的光谱信息.高光谱图像的分类和识别,主要是基于地物光谱特征的分类识别和基于统计的分类识别2种方法.其中基于地物光谱特征的分类识别,是利用光谱库中已知的光谱数据,采用匹配算法来鉴别和识别图像中地物类型.这种方法既可采用全波长的比较和匹配,也可用感兴趣的光谱特征或部分波长的光谱或光谱组合参量进行匹配,达到分类和识别的目的.5 结 束 语20多年来,高光谱遥感已发展成一个颇具特色的前沿技术,并孕育形成了一门成像光谱学的新兴学科门类.它的出现和发展将人们通过遥感技术观测和认识事物的能力带入了又一次飞跃,续写和完善了光学遥感从全色经多光谱到高光谱的全部影像信息链.由于高光谱遥感影像提供了更为丰富的地(下转第21页)11第5期 张亚梅:地物反射波谱特征及高光谱成像遥感 法.相比之下,其他的数值求解方法则受D的形状限制较大.参考文献[1] Jo hn L ester M iller.P rinciples of Infrared T echnolo gy,APractical G uide to the State of the Art[M].N ew York:Chapman and Hall,1994.[2] Dereniak E L,Boreman G D.I nfrared Detecto rs andSystems[M].New Yor k:John Wiley&Sons,Inc.,1996.[3] Dale Varberg,Edwin J Purcell,Steven E Rigdo n.Calcu-lus[M].8版.北京:机械工业出版社,2003.[4] Press W H,T eukolsky S A,Vetterling W T,e t al.C语言数值算法程序大全[M].2版.傅祖芸,赵梅娜,丁岩,等.北京:电子工业出版社,1995.[5] 杨华中,汪蕙.数值计算方法与C语言工程函数库[M].北京:科学出版社,1996.[6] Mag rab E B,Azarm S,Balachandran B,et al.M A T LAB原理与工程应用[M].高会生,李新叶,胡智奇,等.北京:电子工业出版社,2002.[7] 薛定宇,陈阳泉.高等应用数学问题的MA T LA B求解[M].北京:清华大学出版社,2004.(上接第5页)探测器中注入较大的能量和照射相对较长的时间,从而可能产生较好的作用效果.另外,仅选择单个激光脉冲进行计算,是一个极为简单的静态模型.实际上,激光及探测器的开关门时间一般是周期性的,两者相互作用的关系的严格描述比较复杂.这里仅从激光脉冲波形的角度,做了一点初浅的思考.参考文献[1] 梁作亮,张喜和.超高重复频率Nd:YAG激光器的研制[J].长春光学精密机械学院学报,1992,15(1):30-33.[2] 金锋,翟刚,李晶,等.二极管泵浦声光调Q窄脉冲N d:YA G激光器[J].光电子.激光,2004,15(3):303-306.[3] 王立新,王伟祥,张克非.长脉冲N d:YAG激光器的实验研究[J].应用激光,1999,19(4):159-160.[4] 吴谨,万重怡,刘世明,等.小型T EA CO2激光器的温度特性[J].激光技术,2002,26(6):409-410.[5] 张昭,吴谨,王东蕾,等.长脉冲紫外预电离T E CO2激光器[J].中国激光,2005,32(12):1599-1604.[6] 田兆硕,王祺,王雨三,等.光栅选支电光调Q射频激励波导CO2激光器研究[J].光电子.激光,2000,11(3):282-284.(上接第11页)球表面信息,其应用领域已涵盖地球科学的各个方面,在地质找矿和制图、大气和环境监测、农业和森林调查、海洋生物和物理研究等领域发挥着越来越重要的作用.地物目标反射波谱特征分析研究,除了可以提供遥感图像设计与成像依据外,还可为农业生产、资源调整、灾害预报与评估、工程建设、环境监测、城市发展等提供更加快速可靠的信息服务和辅助决策,因此,蕴含着巨大的经济效益和社会效益.参考文献[1] 浦瑞良.高光谱遥感及其应用[M].北京:高等教育出版社,2000.[2] 贾海峰,刘雪华.环境遥感原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2006.[3] 高昆,刘迎辉,倪国强,等.光学遥感图像星上实时处理技术的研究[J].航天返回与遥感,2008(1):11-14.(上接第17页)个视场的M TF都大于0.66,成像质量良好,各项指标都满足成像要求.参考文献[1] 薛鸣球.电影摄影物镜光学设计[M].北京:中国工作出版社,1971:167-168.[2] 刘崇进,史光辉.机械补偿法变焦镜头三个发展阶段的概况和发展方向[J].应用光学,1992,13(2):12-13.[3] 张良.中波红外变焦距系统的光学设计[J].应用光学,2006,27(1):32-34.[4] 陶纯堪,变焦距光学系统设计[M].北京:国防工业出版社,1988:115-117.21第5期 王忆锋等:用蒙特卡罗方法和M A T LAB计算矩形冷屏的视场角 。
最新地物的反射光谱与地物波谱特性PPT课件
B2 为绿色波段，该波段位于绿色植物的反射峰附近， 对健康茂盛植物反射敏感，可以识别植物类别和评价 植物生产力，对水体具有一定的穿透力，可反映水下 地形、沙洲、沿岸沙坝等特征； B3 为红波段，该波段位于叶绿素的主要吸收带，可 用于区分植物类型、覆盖度、判断植物生长状况等， 此外该波段对裸露地表、植被、岩性、地层、构造、 地貌、水文等特征均可提供丰富的植物信息； B4 为近红外波段，该波段位于植物的高反射区，反 映了大量的植物信息，多用于植物的识别、分类，同 时它也位于水体的强吸收区，用于勾绘水体边界，识 别与水有关的地质构造、地貌等；
对遥感图片进行分类
在非监督分类中我们把周边可以进行耕作的，当地人 把此类可以长草的地区归为轻度盐碱地，在红崖山水 库地区的盐碱地都属于此类，所以在我们的盐碱地分 类中把此类盐碱地归为轻度盐碱地。
把周边不能耕作但还有一定植被生长但不能经行耕作 的地方我们把分为中度盐碱地
把周边不能耕作但还没有定植被生长但不能经行耕作 的地方我们把分为重度盐碱地 。
地物波谱特性发展现状
B5 为短波红外波段，该波段位于两个水体吸收带 之间，对植物和土壤水分含量敏感，从而提高了 区分作物的能力，此外，在该波段上雪比云的反 射率低，两者易于区分，B5 的信息量大，应用率 较高； B6 为热红外波段，该波段对地物热量辐射敏感， 根据辐射热差异可用于作物与森林区分、水体、 岩石等地表特征识别；
然后分别对轻、中、地重物度的盐反碱射地光谱谱特特征性进
行分析。在盐碱地类型光谱亮度值方面相比 较中度盐碱比重度盐碱地光谱亮度值相比呈 轻微上升趋势，轻度盐碱地在各个波段的亮 度值均处于最低。随着土壤盐碱化程度的加 深，像元亮度值在第4波段基本上呈增长趋 势，重度和重度盐碱地在第5波段亮度值达 到最高，而轻度盐碱地在第6波段反射最大。
典型地物波谱特征
典型地物波谱特征1. 植被：植被在可见光波段（400-700nm）有较高的反射率，特别是在绿光波段（500-600nm）具有最高的反射率。
这是由于植物叶片中的叶绿素所致。
而在红外波段（近红外和中红外）植被的反射率较低，由于叶片中的水分和植被构架的散射。
这些反射特征使得植被在光谱上呈现出独特的红光和近红外反射的“红边”特征，可以用来检测植被的类型、生长状况和叶绿素含量。
2.土壤：土壤具有较低的反射率，特别是在可见光波段和红外波段。
土壤的光谱特征主要由其物理和化学特性决定，如含水量、粒度和有机质含量。
不同土壤类型具有不同的光谱特征，可以通过光谱分析来进行区分。
例如，矿物质丰富的土壤在可见光波段和红外波段具有较高的反射率；有机质含量高的土壤在红外波段具有较高的吸收率。
3.水体：水体在可见光波段有较低的反射率，特别是蓝光波段。
这是由于水分子的吸收作用。
在红外波段，水体的吸收率较高，特别是在中红外波段。
这些反射和吸收特征使得水体在光谱上呈现出低反射的“蓝窗口”和高吸收的“红窗口”特征，可以用来进行水体的识别和水质监测。
4.建筑物：建筑物在可见光波段和红外波段具有较高的反射率。
不同类型的建筑物具有不同的光谱特征，可以通过光谱分析进行分类。
例如，玻璃和金属材料具有很高的反射率，并在短波红外波段具有很高的吸收率；混凝土和瓦片具有适中的反射率和较低的吸收率。
5.云和雪：云和雪在可见光波段具有较高的反射率，特别是在蓝光波段。
在红外波段，云和雪的反射率较低，并具有较高的吸收率。
这些反射和吸收特征使得云和雪在光谱上具有明显的特征，可以用来进行云和雪的遥感监测。
以上是一些典型地物的波谱特征的例子，不同地物在不同波段上的反射和吸收特征是由其物理、化学和结构特性所决定的。
通过利用这些特征，可以对地物进行识别和定量化，为环境监测、资源调查和灾害监测等应用提供重要的信息。
地物光谱测量实验报告
地物光谱测量实验报告一实验目的1.掌握地物反射波谱测量的基本原理2.了解典型地物类型的光谱特征，并通过测量得到其反射光谱曲线植被土壤水体3.通过实验更深入的了解表征辐射的物理量、以及地表同入射光的作用机制辐射亮度L (radiance)反射率R (reflectance)二实验器材1.fieldspec 3，产自美国ASD公司，其数据间隔为1nm，光谱范围350nm-2500nm2.手提电脑3.白板和灰板三实验步骤将地物与已知反射率的白板（标准板）相比较，求出地物反射率R具体操作：1 光谱仪探头对准白板优化(OPT)2 点击RAD图标3 按空格键存储4 光谱仪探头对准目标地物5 按空格键存储四实验结果1植被的反射波谱特征1 ）不同种类的植物均具有相似的反射波谱曲线2 ）可见光区域，由于叶绿素的强烈吸收，植物的反射、透射率均低，仅在0.55附近有一10-20%的反射峰而呈绿色。
3 ）近红外区域，在0.7—1.3之间形成50-60%的强反射峰，由于不同种植物的叶内细胞结构差异大，不同种植物的反射率在该波段具有最大的差值，故是区分植物种类的最低波段。
4 ）1.45、1.95、2.7为中心的三个吸收带为水吸收带，高斯曼发现，还三人吸收带之间的两个反射峰（1.65及2.2）上，各值与非多汁植物反射率差别非常明显。
两图皆较符合其光谱特征2水体的反射波谱特征反射率在各波段内都低（一般在3%左右），在可见光部分为4-5%，在0.6处降至2-3%，到0.75以后的近红外波段，水成了全吸收体。
可以看出，可见光波段反射率逐渐降低，在红外波段，水成为完全吸收体。
两图的差异反应出水全反射部分的影响。
3土壤的反射波谱特征1）反射率：与土壤质地、有机质含量、氧化含量和含水量及盐份等因素有关；粉砂>砂土>腐质土。
2）反射光谱曲线由可见光到红外呈舒缓向上的缓倾延伸可以看出，四图的土壤光谱特征大致呈相同的逐渐缓慢增长的趋势。
4.4 地物波谱特征(1)
2)
传感器探测波段的设计，是通过分析 比较地物光谱数据而确定的。 多光谱扫描仪（MSS）的波段设计：
MSS1(0.5-0.6 μm) MSS2(0.6-0.7 μm) MSS3(0.7-0.8 μm) MSS4(0.8-1.1 μm)
3) 同类地物的反射光谱具有相似性，但也 有差异性。不同植物；植物病虫害 4) 地物的光谱特性具有时间特性和空间特 性。
地物的光谱特性
任何地物都有自身的电磁辐射规律， 如反射、发射、吸收电磁波的特性。少 数还有透射电磁波的特性。地物的这种 特性称为：地物的光谱特性。
地物的发射率随波长变化的规律，称为地物的发射光 谱。地物发射率的不同是红外遥感技术的重要依据。
地物发射电磁波的能力以发射率作为衡量标准； 地物的发射率是以黑体辐射作为参照标准。
入射电磁波的波长 入射角的大小 地表颜色与粗糙度
3、地物的反射光谱：地物的反射率随入
射波长变化的规律。
1)
地物反射光谱曲线：根据地物反射率 与波长之间的关系而绘成的曲线。地 物电磁波光谱特征的差异是遥感识别 地物性质的基本原理。 不同地物在不同波段反射率存在差异： 雪、 沙漠、湿地、小麦的光谱曲线
航天遥感中，地球表面相对于遥感器的高度，近似视为朗伯面。
3) 实际物体反射
实际物体反射比较复杂，它是介于镜面 与朗伯面之间，各个方向上都有反射光 线，但大小不同。
实际物体反射与电磁波的入射方向和观 察方向有关，在航空遥感中具有重要意 义。
2、地物的反射率（反射系数或亮度系数）： 地物对某一波段的反射能量与入射能量 之比。反射率随入射波长而变化。 影响地物反射率大小的因素：
( ) ( ) ( ) 1
地物反射波谱特征
6
7
8
2.3 地球的辐射与地物波谱
2.3.3、地物反射波谱特征
实际物体的反射，介于镜面反射和漫反射之间。在入射辐照度相同时，反 射辐射亮度的大小既与入射方位角和天顶角有关，也与反射方向的方位角 与天顶角有关。
Lr (r r ) (ii , r r ) I i (i i )
'
入射辐照度Ii由两部分组成，一部分是太阳的直接辐射，其辐照度 大小与太阳天顶角θ i和日地距离D有关；另一部分是太阳辐射经过 大气散射后又漫入射到地面的部分，其辐照度与入射角无关。
Lr (r r ) ' (i i ,r r ) I i ( i , D) " (r r ) I D
植被的光谱曲线： 可分为三段：
0.4-0.76m: 有一个小的反射峰，位于绿色波段（0.55 m ），两边 （蓝、红）为吸收带（凹谷） 0.76-1.3 m: 高反射，在0.7 m处反射率迅速增大，至1.1处有峰值 1.3-2.5 m: 受植物含水量影响，吸收率增加，反射率下降，形成几个 低谷
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2.3 地球的辐射与地物波谱
2.3.3、地物反射波谱特征
反射波谱：研究地物反射率随波长的变化规律 识别地物 地物反射曲线的形态相差很大，表明反射率随波长变化的规律不同 图：植被、水体、干的土壤
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2.3 地球的辐射与地物波谱
2.3.3、地物反射波谱特征
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2.3 地球的辐射与地物波谱
2.3.3、地物反射波谱特征
2.3 地球的辐射与地物波谱
2.3.1、太阳辐射与地表的相互作用
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2.3 地球的辐射与地物波谱
2.3.1、太阳辐射与地表的相互作用
地球辐射的分段特性 波段名称 可见光与近红 外 0.3-2.5μm 地表反射太阳 辐射为主 中红外 远红外
地物反射波谱
地物反射波谱是指地球表面上不同物体或材料对不同波长的光的反射特性。
通过测量地物反射波谱，可以获取有关地表特征、材料组成和环境状况的信息。
地物反射波谱通常在可见光、红外线和近红外波段进行测量。
这些波段的光谱范围和特点使得可以区分和识别不同的地物类型和属性。
不同物体的反射波谱曲线具有独特的特征，这是由于不同材料对光的吸收、散射和反射特性不同。
地物反射波谱在遥感和地球观测领域有广泛的应用。
通过卫星、飞机或无人机等遥感平台获取的多光谱或高光谱影像可以用于分析土地利用、植被覆盖、水体质量、污染物检测等方面的信息。
基于地物反射波谱的数据分析和处理，可以实现地表特征的分类、变化监测和环境评估。
地物反射波谱是对地球表面不同物体或材料对不同波长光的反射特性进行测量和分析的技术。
它为地球科学、环境监测和资源管理等领域提供了重要的信息和工具。
地物的反射光谱与地物波谱特性
地物波谱特性发展现状
遥感波谱范围不断拓宽，空间、波谱和时间 分辨率不断提高，遥感影像处理，地物识别和信 息提取技术不断完善，遥感数据获取由多光谱， 高光谱至超高光谱，信息挖掘由“粗糙”到“精 细”，遥感地物识别由间接到直接，遥感应用已 逐渐摆脱“看图识字”的阶段，越来越依赖于地 物波谱特性的研究和发展。
物体的反射波谱是特征主要取决于该 物体与入射辐射相互作用的波长选择，即： 对入辐射是反射、吸收和投射的选择性，其 中反射作用是主要的。
地物的反射光谱
地物的反射光谱有如下特征： （1）不同的地物在不同波段反射率存在差异
（如雪地、小麦地的光谱曲线） （2）相同地物光谱曲线有相似性，但是也存在
差异性（如患虫害的小麦与正常小麦的光谱曲线） （3）地物光谱特征具有事件性和空间性（不同
时间与空间光谱特征不同
地物的反射光谱曲线
不同的地物在不 同波段反射率存在差 异。
右图为雪地、小 麦地的光谱曲线。
植物反射波谱特性
由于植物均进行光合 作用，因此各类绿色植物 具有很相似的反射波谱特 性：
在可见光波段0.55μm （绿光）附近有反射率为 10%-20%的一个波峰；
在近红外波段0.81.0μm间有一个反射的陡 坡，至1.1μm附近有一个 峰值，形成植被的独有特 征。
国外地物波谱库研究现状
美国NASA于70年代初就初步建立了地球 资源信息系统（ERSIS）。包括植被、土壤、 岩矿和水体等2000余种地物的实验室反射波 谱数据。
地物波谱仪
地物波谱仪
地物的反射光谱与地物波谱特性
地物的反射光谱 地物波谱特性
地物波谱的发展
地物的反射光谱
地物反射光谱 是指地物的反射率随入射波长而 变化的规律。
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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。
便携式光谱仪是“我国典型地物标准波谱数据库”获取光谱数据的主要设备。
基本技术参数：线性度：+/-1%波长精度：+/- 1nm@700nm波长重复性：在校准温度的+/- 10°C范围内优于+/- 0.3nm.光谱分辨率: 3nm @700nm, 10nm @ 1400nm and 2100nm.采样间隔: 在350-1000nm范围内为1.4nm，在1000-2500nm范围内为2nm扫描时间：固定的扫描时间为0.1秒, 光谱平均最多可达31,800次等效辐射噪声): UV/VNIR(紫外到近红外) 1.4 x 10-9 W/cm2/nm/sr@700nmNIR(近红外) 2.4 x 10-9 W/cm2/nm/sr@1400nmNIR (近红外) 8.8 x 10-9 W/cm2/nm/sr@2100nm图1 FieldSpec Pro型光谱仪（2）光谱分析方法分波段分析典型地物光谱差异。
描述在可见光波段、近红外波段的各种地物波普特征。
三、实验设备与材料1.实验设备（1）硬件：ASD光谱仪；手提电脑；白板；GPS；数码相机。
（2）软件：ENVI Classic，ASD光谱仪配套软件（RS3和View SpecPro Graph）2.实验材料（1）在学校校园内选择各种典型地物类型进行测量即可。
（2）实验前已测量好的各类数据（在野外实验无法安排时，可以直接给学生提供提前测量好的各类地物光谱数据，用于地物光谱特征分析。
）3.工作要求（1）天气情况：地面能见度：晴朗，地面能见度不小于10km，云量要求：太阳周围90°立体角范围内淡积云量小于2%，无卷云或浓积云等，风力要求：无风或微风（测量时间风力小于4级，对植物测量时风力最好小于3级）测量时间：为保持太阳高度角大于45度，且由于北京地区处于中纬度地区，所以测量时间应在北京时间10:00~14:00之间，冬季对于测量时间应该更加严格一些。
另外，测量速度应该满足<=1min/组。
（2）测量情况：为减少反射光对观测目标的影响，观测人员应着深色服装，观测时面对太阳站立与目标区后方，观测时保持探头垂直向下，使得机载成像光谱仪观测方向保持一致，注意观测目标的二项反射影响。
记录人员应站在观测人员身后，并避免在目标区周围走动。
对于记录人员，在输出光谱数据设置项中，每条光谱的平均采样次数应不少于10，测定暗电流的平均采样次数不少于20次。
每隔20分钟要重新对标准白板进行测量校正，以持测量数据的准确性。
此次实验能够测得波谱范围为：350~1050nm之间（可见光和近红外波段）四、实验步骤1．地物波谱测定1)光谱仪、计算机充电：光谱仪电量不足时红灯闪亮，表现为和计算机的测量软件链接中断，但不会立马断电；充满电后绿灯闪亮；如果黄灯闪亮则说明过热，测量中若起初曲线噪声小，使用段时间后近红外波段波动很大，若测量环境未有大的变化，可以关掉软件，休息片刻再测。
2)安装好适当的镜头（视场角有25°裸光纤，10°和25°）或其他附件（如GPS、余弦接收器等），准备好白板（Baco3白板25*25cm）。
两盏卤素灯位于探头两侧，且与探头在一条直线上，关灯，保证聚焦状态光斑在探头下。
白板若不干净，则影响定标，用蒸馏水泡，600*600及其以上的砂纸擦洗阴干；使用高密度反射探头时注意不要让尖锐物体表面划伤，磕破镜面；打开光谱仪电源，预热。
反射率采集预热10分钟足够。
3)再打开计算机，并启动RS3软件（室外采光条件好用黑白的，室内用彩色的）。
开始自动链接，连接好了会显示connected.4)在软件上选择相应的视场角角度，并调整光谱平均，暗电流平均和白板采集平均次数。
Control/ adjust configuration5)在软件中选择需要储存数据的路径、名称、起始条数、采集条数和采样时间间隔。
Control/spectrum save6)反射率测量：探头对准白板，点击Opt优化（白板必须充满探头视场。
每隔10-15分钟重新优化一次对于照明条件的改变造成的干扰是有好处的，机器启动初期，并且每隔3-5分钟采集一次暗电流）；镜头对准白板，点击WR采集参比光谱。
此时，软件自动进入反射率测量状态；撤走白板，保证整个视场范围在样品中，按空格键采集目标反射光谱；测量过程中出现饱和状况需要重新优化。
7)测量时间：若采集的光谱要用于高光谱图像的数据定标或解译，则使用时要与得到遥感影像的照明条件相似，建议在卫星过境或者机载传感器采集数据同时测定高光谱。
8)测量完成后先关闭计算机，再关闭光谱仪。
2．地物波谱特征分析2.1 标准波谱库浏览ENVI自带多种标准波谱库，包括建立在JPL波谱库基础上的，从0.4~2.5μm三种不同粒径160种"纯"矿物的波谱。
美国USGS从0.4~2.5μm包括近500种典型的矿物和一些植被波谱。
来自Johns Hopkins University（JHU）的波谱包含0.4~14μm。
IGCP246波谱库有5部分组成，通过对26个优质样品用5个不同的波谱仪测量获得。
植被波谱库由Chris Elvidge 提供，范围是0.4~2.5μm。
ENVI 5.1波谱库中新增了2443种Aster的波谱文件，同时对应的波谱工具也有了很大的该进，用户可直观地看到每一种波谱库中的文件个数，以及更为方便的查看每一种波谱文件的波谱曲线。
ENVI的波谱库文件存放在HOME\ Program Files\Exelis\ENVI51\classic\spec_lib。
启动ENVI 5.1，主菜单> Display > Spectral Library View，在对话框中显示的就是ENVI自带的波谱库文件；图：ENVI自带波谱库文件（1）选择打开Veg_lib（99）中的几个植被波谱文件；在vegetation波谱库中选择6种不同植被的波谱曲线，在下图可以看到起对应的波谱曲线，以及波谱文件的属性信息，包括常规信息和曲线信息。
图：不同植被波谱曲线（2）波谱曲线显示窗口中的功能；在波谱曲线窗口中可以看到4个部分的内容：•导入文件（Import）图：导入数据方式此功能可以导入两种格式的文件，包括ASCII及波谱库形式存在的文件。
•导出文件（Export）图：导出数据方式导出波谱文件的格式可以分类4大类：•常见数据格式——ASCII与波谱库文件；•Image、PDF及Postscript输出格式；•复制波谱曲线；•直接打印曲线或在PowerPoint中展示；•选项工具（Options）图：选项功能选项工具中有三个功能：•打开新的Plot窗口——自由拖拽收集的地物波谱；•波谱曲线上显示十字丝——一直保持十字丝可见，显示波谱显现十字丝节点含义；•添加波谱图例——不同颜色的波谱曲线代表什么样的地物，更直观方便；•波谱曲线X、Y轴代表含义X轴代表：•Wavelength：（默认显示）影像波长；•Index：波段i，i代表影像具有i个波段；•Wavenumber: 波数，即1/wavelength ，波数与波长成反比关系，波长越小，波数就越大。
Y轴代表：•Data Value：（默认显示）影像原始值；•包络线去除Continuum Removed：绘制数据与连续删除。
连续的是，套在光谱的顶部的凸包。
它分为原始数据值，以产生连续取出的值。
在连续使用中的绘制曲线中所显示的第一和最后一个数据点计算的，所以只对已缩放的图形，在连续的基础上所显示的数据来计算范围。
•Binary Encoding：二进制编码，重新生成0与1的波频曲线。
图：导出PNG格式的波谱曲线（3）波谱曲线属性显示窗口•：同一窗口中显示多个地类的波谱曲线不予重叠显示；•：恢复原始数值范围曲线显示；•：点击此功能显示或者隐藏Plot Key与曲线属性；•：移除选中的一个曲线数据；•：移除全部的曲线数据；•：如果曲线节点有异常可以通过此工具进行编辑修订；2.2 波谱库创建ENVI可以从波谱源中构建波谱库，波谱来源包括：ASCII文件，由ASD波谱仪获取的波谱文件，标准波谱库，感兴趣区/矢量区域平均波谱曲线，波谱剖面和曲线等。
下面介绍波谱库建立的操作步骤：第一步：输入波长范围（1）在ENVI中，选择Toolbox/Spectral/Spectral Libraries/Spectral Library Builder。
打开Spectral Library Builder对话框。
（2）为波谱库选择波长范围和FWHM值，有三个选项：•"Data File" (ENVI图像文件) ：波长和FWHM值（若存在）从选择文件的头文件中读取•"ASCII File"：波长值与FWHM值的列的文本文件•"First Input Spectrum"：以第一次输入波谱曲线的波长信息为准选择"First Input Spectrum"，单击ok，打开Spectral Library Builder面板。