[發明專利]一種地物光譜儀野外測量光譜的同步校正方法

有效

• 申請號: 202010109585.6
• 申請日: 2020-02-22
• 公開（公告）號: CN111272664B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發明（設計）人: 王晨冬;張垚;王鋮杰;何宇航;趙小虎;王斌;張競成
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

本發明公開了一種地物光譜儀野外測量光譜的同步校正方法。光譜數據的主要影響因素來源于反射輻亮度和入射輻亮度之間的不同步性，因此測量過程中對于天氣的穩定性要求較為嚴格。本發明如下：一、建立入射輻亮度和光照強度的擬合模型。二、地物反射光譜的同步校正。本發明通過對入射輻亮度和光照強度的模型建立，提出一種新的地物光譜測量方法，避免了環境變化后重復進行入射輻亮度的標定，簡化了測試的。本發明應用于地物光譜儀在野外測量地物光譜工作中，能夠應對采集的光譜會因為多云天氣或者其他因素導致的光照變化而產生一定的光譜誤差這一問題，增加了地物光譜儀適用的天候范圍。

技術領域

本發明屬于野外光譜測量技術領域，具體涉及一種地物光譜儀野外測量地物光譜的同步校正方法。

背景技術

為了研究各種不同地物在野外自然條件下的可見和近紅外波段反射波譜，掌握地面上各種地物的光譜輻射特性，需要進行大量的地物光譜觀測研究。光照波長為λ時，地物的遙感反射率R_rs(λ)＝L_w(λ)/E_d(λ)，即為λ波長光照下被測量物體的反射輻亮度L_w與物體表面入射輻照度E_d之比。

地物光譜儀為測量地物光譜的常用儀器，在使用光譜儀測定地物光譜的過程中，需要通過反射率為1/Π的標準白板(white panel)進行白板標定，以此標定結果作為測量反射率的入射輻亮度E_d，之后對準被測地物獲得反射輻亮度L_w，以兩者比值獲得反射率。由此可見，光譜數據的主要影響因素來源于反射輻亮度和入射輻亮度之間的不同步性，因此測量過程中對于天氣的穩定性要求較為嚴格，在多云天氣等一些光照變化較快的天候，地物光譜的連續測量過程中具有很大的不便。在中國的南方地區，遙感數據的獲取因為一年中氣候原因也有很大的不便。據氣象記錄，在2010.1.1至2019.10.1期間，杭州地區的晴天天氣占據總天數的12％，多云天氣占據總天數的40％，因此采集光譜的日期具有很大的局限性，不利于持續的光譜采集工作。

目前地物光譜儀所測量的光譜范圍達到350-2500nm，包含可見光和紅外波段，并且具有較好的光譜分辨率(1nm)，但是野外測量會受到水汽吸收的影響。水汽吸收是大氣中的水汽對一定波長電磁輻射的吸收作用，大多集中在紅外波段，會導致地面接收不到相應波長電磁輻射，給地物光譜儀測量的入射輻亮度的定量分析帶來一定難度，因此本方法針對地物光譜儀在可見光-近紅外(VNIR)波段測量的光譜進行同步校正。

解決光譜測量過程中的入射輻亮度和反射輻亮度間的同步問題，不僅能夠有效提高獲得光譜的質量，增加操作便利性，還可以在多種天候下進行光譜采集工作，但是目前尚未有研究解決光譜測量過程中的同步問題。

發明內容

本發明的目的在于針對目前近地光譜儀測量過程中獲得的光譜反射率構成中的入射輻亮度和反射輻亮度在時間上的差異性，以及目前只能在穩定光照天氣下進行光譜采集的局限性，提供一種通過光照強度來對可見光-近紅外波段范圍(VNIR:400-900nm)的入射輻亮度進行模擬，依此計算光譜反射率，以及對校正后光譜與原來標準測量光譜間進行誤差定量的方法。

本發明的具體步驟如下：

步驟一、建立入射輻亮度和光照強度的擬合模型

1-1.建立數據集

在不同的光照強度下通過標準白板和地物光譜儀進行一次或多次入射輻亮度光譜的檢測，得到綜合數據集。將綜合數據集拆分為訓練集和測試集。

1-2.建立擬合模型

對訓練集中的入射輻亮度光譜的各波段數據分別進行擬合，得到各個波段入射輻亮度Rad_m和光照強度lux的擬合函數如式(1)所示，波長m＝400,401,…,900。