室外:记录开始观测的时间,将野外光谱仪的进光孔垂直向下,测量反射参考板不遮阴反射辐亮度, ②测量暗电流; ③测量目标反射率; ④记录结束的时间。
(3) 要求每种地物记录观测值5次。
七、观测结果
1、反射波谱曲线的绘制:以波长(350nm~2500nm)为横轴,反射率为纵轴,地物反射率观测值取平均值,画出光谱反射曲线。如下图:
2、光谱特征参数计算
1、光谱微分
光谱微分技术就是通过对反射光谱进行数学模拟,计算不同阶数的微分值,以提取不同的光谱参数。应用光谱微分技术能够部分消除大气效应、植被环境背景(阴影、土壤等)的影响,以反映植物的本质特征。
光谱微分公式(以二阶为例)为:
?''(?i)?[?'(?i?1)??'(?i?1)]/2??
'???(?i)i式中,为 波长,为波长i 处的一阶微分光谱,?? 为相邻两波段间的波长间隔。
2、光谱积分
光谱积分就是求光谱曲线在某一波长范围内的下覆面积。
?2?? f(?)d???1
2、根据一阶导数光谱,求取红边面积
计算670nm-760nm一阶导数光谱曲线与坐标轴之间包含的面积。 3、植被常用光谱特征参数
定义 定义与描述 Rg 绿峰反射率:波长510-580nm范围内最大的波段反射率 绿峰位置,Rg对应的波长位置(nm) 红谷反射率,波长640-700nm范围内最小的波段反射率 红边680-780nm内一阶微分光谱中的最大值 红边位置:Dr对应的波长位置(nm) (R570-R531) / (R570+R531) (R734-R747) / (R715+R726) (R734-R747) / (R715+R720) 绿峰反射率(Rg)与红谷反射率(Ro)的比值 绿峰反射率(Rg)与红谷反射率(Ro)的归一化值 ?g Ro Dr ?r PRI VOG2 VOG3 Rg/Ro (Rg-Ro)/(Rg+Ro) 乐昌乐昌乐昌松松松柏树 草 含笑含笑含笑雷竹 泥土 石头 (新) (黄) (枯) (新) (黄) (枯) 红边面积 0.46 0.53 0.42 0.32 0.19 0.32 0.04 0.00 0.44 0.48 0.14 绿峰反射率Rg 0.14 0.22 0.11 0.24 0.09 0.10 0.26 0.30 0.16 0.23 0.19 绿峰位置λg 545 544 546 552 580 543 580 580 546 546 580 红谷反射率Ro 0.05 0.08 0.04 0.09 0.14 0.06 0.29 0.31 0.06 0.07 0.28 红边 0.01 0.01 0.01 0.02 0.00 0.01 0.00 0.00 0.01 0.02 0.00 红边位置 705 692 698 684 680 709 683 683 695 691 680 PRI -0.12 -0.10 -0.10 0.01 0.28 -0.11 0.10 0.04 -0.08 -0.06 0.11 VOG2 -0.03 -0.03 -0.03 -0.01 -0.04 -0.04 -0.01 0.00 -0.02 -0.01 -0.02 VOG3 -0.03 -0.03 -0.03 -0.01 -0.04 -0.04 -0.01 0.00 -0.02 -0.01 -0.02 Rg/Ro 2.66 2.67 2.60 2.60 0.59 1.69 0.91 0.99 2.62 3.19 0.69 (Rg-Ro) 0.45 0.46 0.45 0.44 -0.26 0.26 -0.05 0.00 0.45 0.52 -0.18 /(Rg+Ro) 叶绿素 2.53 55.21 35.77 3.53 6.43 12.17 16.03 3.37 2.00
八、结果分析
1、对多个地物的反射光谱曲线特征比较分析: 如图,总体上,水泥地和裸地随光谱的升高几乎不变甚至有下降的趋势,变化幅度不大;其他四种地物总体上还是呈现上升的趋势。 细节上,水泥地在光谱675nm和850处各有一个高峰,而在575nm处又一个明显的低谷;灌木在400nm—675nm范围内光谱曲线变化不大,在675nm处开始陡然上升;草地也是400nm—675nm范围内光谱曲线变化不大,在675nm处开始陡然上升,并且灌木草地都在850nm达到最高峰时又开始陡然下降;针叶与草地的变化趋势十分相似,不同的是光谱反射率总比草地要低。 2、光谱特征参数分析 2.1 植被的反射波谱特征
1) 不同种类的植物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。求绿峰反射率(波长在510-580)绿叶在波长560附近有绿光反射率比较大的位置(根据一阶微分最小值所对应波长求出)。而黄叶、枯叶找不到。 3) 在求一阶微分时,反射率值不一定是正好等于0,而是接近于0。微分里面取值最小的值就是绿峰最大的值。
4) 红边面积是 680-780nm 的波长范围内人为规定反射率曲线下所围的面积。先计算680-780 波长的一阶微分,再全部加起来,就是红边面积。变化有20纳米左右浮动,波长小更反映规律。
5) 柏树、草、乐昌含笑的绿峰位置都不同,根据叶绿素不同,叶绿素越多,波长越长,绿峰位置越小。
6) 对于植物红谷及红边位置:叶绿素越多,蓝移(波长越短)。 7) 近红外区域,在0.7-1.3之间形成50~60%的反射峰,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。
8) 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,各值与费多汁植物反射率差别非常明显。
2.2土壤的反射波谱特征