1 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
2 国家卫星海洋应用中心， 北京 100081
以海洋一号C/D卫星中国水色水温扫描仪［COCTS （HY-1C/D）］的光学薄膜研制为例，介绍了海洋水色定量化遥感中应用的光学薄膜技术。在单片基片的不同通道区域依次镀制多块滤光膜以抑制杂散光的产生，充分研究了光束空间角频率分布带来的光谱及偏振影响，实现了5%带宽的定位精度，将通道滤光膜对偏振灵敏度的影响降到0.3%以下，采用双离子束溅射工艺来保证膜层的可靠性和光谱性能。此外，通过光学薄膜元件的偏振调控设计以及元件间的偏振补偿，实现了系统偏振灵敏度达到国际先进水平，0°扫描角时的平均偏振灵敏度小于1%。光学薄膜技术的应用有效提升了海洋水色的定量化遥感质量，结合大气校正，COCTS （HY-1C/D）获得的水色产品数据量化精度与美国的中分辨率成像光谱仪（MODIS）和可见光红外成像辐射仪（VIIRS）相当。
海洋光学 中国水色水温扫描仪 定量化遥感 光学薄膜 多波段集成滤光片 偏振灵敏度 光学学报
2023, 43(24): 2401001
1 河北科技师范学院海洋科学研究中心, 河北 秦皇岛 066004
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
3 国家卫星海洋应用中心, 北京 100081
海水中的叶绿素浓度是描述海洋初级生产力、 获知浮游植物丰度及变化规律、 评估环境质量、 预报生态灾害的主要参数。 国内外卫星遥感叶绿素产品的通用反演模型是利用不同波段上遥感反射光谱的强度比值来构建的OCx(x=26)算法, 应用在一类水体中, 全球尺度上的平均相对误差在35%左右。 但对于固有光学特性复杂且具有较大区域差异性的二类水体, OCx算法误差较大甚至失效。 现有研究成果表明, 光谱的相对高度有利于特征波段信息提取及水色信号信噪比的提高。 但基于相对高度构建反演模型, 目前尚存在波段单一、 应用面窄等问题。 在我国近岸水体中, 相对高度模型的构建方法及应用效果尚需进一步研究和验证。 在对秦皇岛近岸海域的叶绿素浓度和表观光学参量进行原位测量的基础上, 对高光谱数据进行了规范化处理, 选取了特征波段并利用特征波段的相对反射深度构建了反演模型。 模型反演值与实测值的相关系数为0.883 58, 平均相对误差为28.33%; 将模型与OCx等算法进行比较, 平均相对误差均降低了27%~50%; 模型验证估算值的平均相对误差为31.17%。 在此基础上, 对我国海洋卫星HY-1C水色水温扫描仪的多光谱数据及实测叶绿素浓度进行了相关分析, 并基于443及520 nm处的相对反射深度建立了反演模型, 模型估算值的平均相对误差比同期L2B产品降低了53.44%。 结果表明, 基于相对反射深度构建反演模型, 可充分利用叶绿素特征波段信息、 降低数据敏感性、 提高水色要素的信噪比, 进而大幅提高模型的反演精度及稳健性。 对于水色要素的高光谱及多光谱反演模型构建、 水体光学参量测量、 卫星产品普及应用、 初级生产力估算、 生态环境监测、 水动力过程研究等领域具有重要的科学意义及较强的应用价值。
相对反射深度 高光谱 叶绿素浓度反演 卫星遥感 秦皇岛海域 Relative reflection depths Hyperspectral Chlorophyll concentration inversion Satellite remote sensing Qinhuangdao coastal 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1083
1 南京农业大学工学院, 江苏 南京 210031
2 江苏省现代设施农业技术与装备工程实验室, 江苏 南京 210031
3 江苏省食品质量安全重点实验室—省部共建国家重点实验室培育基地/江苏省农业科学院农产品质量安全与营养研究所, 江苏 南京 210014
旨在探索感染不同等级赤霉病的小麦中主要成分含量变化引起的傅里叶中红外光谱信息响应, 并结合模式识别方法实现基于傅里叶变换中红外光谱的小麦赤霉病等级无损检测。 以感染不同等级赤霉病小麦为研究对象, 在4 000~400 cm-1波数范围内采集95个小麦样本的傅里叶中红外光谱数据, 利用载荷系数法(XLW)与随机森林算法(RF)分析选取小麦样本傅里叶中红外光谱中的敏感波长, 利用稀疏表示分类(SRC)算法建模识别小麦感染赤霉病等级。 结果表明: XLW算法和RF算法选择的特征波长作为定性分析模型的输入时模型鉴别准确率与全波段光谱数据作输入时均达90%以上, 特征波长提取算法可以有效简化模型并提高效率。 RF-SRC模型鉴别效果最好, 建模集鉴别准确率达97%, 测试集鉴别准确率达96%。 小麦感染赤霉病等级的不同会引起小麦中水分、 淀粉、 纤维素、 可溶性氮素、 蛋白质、 脂肪等物质含量的变化, 采用RF算法选择的特征波长均反映了这些物质所对应的傅里叶中红外光谱透射光谱特征的差异, 结合SRC模型进行小麦赤霉病等级鉴别可达到最好的鉴别效果。 因此, 利用傅里叶中红外光谱技术结合模式识别方法对小麦赤霉病等级鉴别是可行的, 解释了傅里叶中红外光谱技术检测小麦赤霉病等级的机理。
傅里叶中红外光谱 小麦 赤霉病 稀疏表示分类 Fourier transform mid-infrared spectra Wheat Fusarium head blight Sparse representation based classification 光谱学与光谱分析
2019, 39(10): 3251
1 国家海洋局第二海洋研究所, 卫星海洋环境动力学国家重点实验室, 浙江 杭州 310012
2 国家卫星海洋应用中心, 北京 100081
静止轨道海洋水色成像仪(GOCI)拥有高时间分辨率(1 h)和高空间分辨率(500 m×500 m)的观测优势。为了保证GOCI应用的可靠性，对其遥感产品进行检验极为重要。利用辽东湾春季航次观测数据，对4 种二类水体大气校正算法[Korea Ocean Satellite Center(KOSC)校正算法、management unit mathematics models(MUMM)校正算法、紫外(UV)校正算法和近红外(NIR)校正算法]获得的GOCI 遥感反射率产品及GOCI 标准叶绿素浓度、悬浮物浓度遥感产品进行了真实性检验，并探讨了不同观测时相的稳定性。结果表明：KOSC 算法在辽东湾具有最高的校正精度，各波段遥感反射率平均绝对百分比误差(APD)为27.16%(412 nm)、16.03%(443 nm)、13.73%(490 nm)、15.99%(555 nm)、12.83%(660 nm)、12.35%(680 nm)、27.68%(745 nm)、42.81%(865 nm)；叶绿素浓度、悬浮物浓度产品的平均绝对百分比误差分别为29.75%和26.40%。相比于临近中午观测时的结果，GOCI早上和下午观测时反演的结果(包括遥感反射率、叶绿素浓度、悬浮物浓度)与实测值偏差显著增大。
海洋光学 静止轨道海洋水色成像仪 水色遥感产品 真实性检验 辽东湾
1 中国科学院遥感应用研究所 遥感科学国家重点实验室, 北京 100101
2 国家卫星海洋应用中心, 北京 100081
某海洋水色传感器数据异常, 反演产品中有大量不规则条带.通过对大量数据进行分析, 确定其数据异常的 主要原因是各波段均受箝位(即零电平漂移)的影响.为此, 提出了基于某一清洁水体点, 利用自由平差原理进行箝 位校正的方法.其次, 将该箝位校正方法应用于遥感影像, 并对校正后的影像进行了叶绿素浓度反演, 反演产品均 匀性较好, 细节丰富.最后, 将反演产品与MODIS/Aqua 产品进行了比较, 表明经过箝位校正后的信号恢复正常.从 而为箝位校正研究提供了一个新的方法, 为海洋水色传感器的定量化应用提供一些支持.
遥感 箝位校正 自由平差 海洋水色传感器 remote sensing clamping repair free network adjustment ocean color sensor
