北京大学地球与空间科学学院, 遥感与地理信息系统研究所, 北京100871
成像光谱仪使用前需要对其进行光谱定标以确定其各光谱通道的中心波长和光谱带宽。 但是室内外光谱定标实验结果表明随着使用环境的变化成像光谱仪各通道的中心波长和带宽将发生变化。 对光栅色散型成像光谱仪各光谱通道的中心波长室内外定标结果的偏移进行研究, 从光栅色散型成像光谱仪的光学结构和工作环境参数出发对造成其中心波长偏移的因素进行分析和建模, 对震动、 机械形变和浓度等主要影响因素进行理论推导和数量级估算, 结合实验结果进行对比分析。 理论推导和实验数据分析都表明光栅色散型成像光谱仪室内外光谱定标获得的各通道中心波长的偏移量与各通道的本征波长成二次函数的关系, 其中震动和机械形变所带来的系统光路结构的细微改变是造成其中心波长偏移的主要因素, 使用环境温度的差异也对该成像光谱仪各光谱通道的中心波长具有一定的影响。
光栅色散 光谱定标 中心波长偏移 Grating dispersion Spectral calibration Central wavelength shift Thermal expansion 光谱学与光谱分析
2013, 33(8): 2280
1 北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所, 北京100871
2 北京大学空间信息集成与3S工程应用北京市重点实验室, 北京100871
中心波长和带宽是影响成像光谱仪数据定量化应用水平的两个重要光谱性能参数。 针对覆盖光谱范围较窄的可见光与近红外波段成像光谱仪, 提出了一种利用人工光谱吸收靶标进行光谱定标的方法, 论证和建立光谱吸收靶标光谱定标方法的数学模型。 在同一环境下利用成像光谱仪和ASD光谱仪对地面光谱吸收靶标进行准同步光谱测量, 并进行反射率计算, 然后通过光谱匹配计算中心波长偏移量和带宽变化量。 利用该方法对设计带宽为6 nm的可见光与近红外波段的成像光谱仪进行了地面定标实验。 实验结果表明, 该方法能够作为外场光谱定标的辅助手段, 提高成像光谱仪的定量化应用水平。
成像光谱仪 光谱吸收 光谱定标 靶标 Hyperspectral imager Spectral absorption Spectral calibration Target
陈伟 1,2,3,*晏磊 1,2,3勾志阳 1,2,4赵红颖 1,2,3[ ... ]段依妮 1,2,3
1 北京大学地球与空间科学学院, 北京100871
2 北京大学遥感与地理信息系统研究所, 北京100871
3 空间信息集成与3S工程应用北京市重点实验室, 北京100871
4 空间信息集成与3S工程应用北京市重点实验室,北京100871
2010年10月14日无人机遥感载荷验证场科学实验在内蒙古乌拉特前旗展开, 这是我国首个航空遥感定标验证场的首次科学实验。 通过验证场实验数据及制作的朗伯特性好的六块高光谱辐射特性靶标, 采用反射率基法对搭载在无人机平台上的宽视场多光谱相机进行了场地绝对辐射定标。 结果显示, 对于成功获取影像的绿光、 红光及近红外通道的绝对定标结果中, 计数值(DN值)与辐射传输计算得出的表观辐亮度之间的线性相关系数优于99%。 经误差分析得到不确定度为5.19%, 优于验证场课题要求的6%。 定标结果表示, 验证场所配备之高光谱辐射特性靶标适用于机载多光谱载荷的场地绝对定标, 且定标结果可靠, 可以用于地物参数的反演。
辐射定标 反射率基法 表观辐亮度 辐射特性靶标 Radiometric calibration Reflectance-based method Apparent radiance Radiometric target 光谱学与光谱分析
2012, 32(12): 3169
1 北京大学 地球与空间科学学院 遥感与地理信息系统研究所, 北京 100871
2 北京大学 空间信息集成与3S工程应用北京市重点实验室, 北京 100871
针对可见光与近红外波段无人机载成像光谱仪, 在保证精度的前提下, 提出了一种快速优化二维反演算法, 利用大气吸收特征作为参照, 采用辐亮度匹配的方法, 在不需要测量地面反射率数据的情况下, 反演了成像光谱仪的重要光谱参数中心波长的偏移量和带宽变化量。利用2010年11月14日于内蒙古乌拉特前旗开展的无人机遥感载荷综合验证场科学实验数据, 在实验室光谱定标基础上进行了外场光谱定标。算法时间、成本大大减少, 反演效率比常规二维反演算法提高了近100倍。通过地面光谱靶标对定标结果进行验证, 对带宽为7 nm左右的成像光谱仪外场定标精度可达到0.1nm, 一般优于0.5 nm。
无人机 成像光谱仪 辐亮度匹配 光谱定标 unmaned aerial vehicle (UAV) hyperspectral imager radiance matching spectral calibration
1 北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所, 北京 100871
2 北京大学空间信息集成与3S工程应用北京市重点实验室, 北京 100871
利用2010年11月14日于内蒙古乌拉特前旗开展的无人机遥感载荷综合验证场科学实验数据, 对航飞中搭载的高光谱成像仪进行了场地绝对辐射定标。 采用朗伯性较好、 且光谱性能均一, 反射率分别为4.5%, 20%, 30%, 40%, 50%和60%的6块高光谱辐射性能灰度靶标, 利用反射率基法对高光谱成像仪进行绝对辐射定标。 为了验证辐射定标结果, 实验中另外铺设了四块高光谱性能辐射刃边靶标用以模拟在自然地物中出现反射峰或吸收峰时采用辐射定标系数计算表观辐亮度所产生的差异。 结果表明因仪器噪声较大, 在前15个波段(蓝光波段)误差较大。 在靶标光谱较为均一的波段定标反演误差较小, 一般小于10%, 而在靶标光谱出现反射峰区段则误差较大, 但一般在10%~25%之间。
辐射定标 高光谱性能靶标 表观辐亮度 高光谱成像仪 Radiometric calibration Hyper-spectral targets Apparent radiance Hyper-spectral imager
1 北京大学地球与空间科学学院空间信息集成与3S工程应用北京市重点实验室， 北京100871
2 河北省气象科学研究所， 河北省气象与生态环境重点实验室， 河北 石家庄050021
3 东北师范大学城市与环境科学学院， 吉林 长春130024
以黑云斜长片麻岩为例， 探讨了表面粗糙度因子在350~2 500 nm波段对岩石不同天顶角及方位角偏振度探测的影响， 并在特征波段进行了定量分析。 表明不同粗糙度的岩石表面， 入射天顶角一定时， 在镜面反射方位， 偏振度随探测天顶角先是上升， 到达最高值后又开始下降。 (520±10) nm波段的偏振度在探测天顶角方向达到的最大峰值与表面粗糙度进行相关分析， 发现他们呈幂函数关系。 回归方程为: y=0.604x-0.297， 可决系数R2为0.985 4。 峰值所在天顶角度与表面粗糙度相关模型为， y=3.419 4x+51.584,y<90°， 模型可决系数R2为0.817 7。 偏振度随探测方位角变化的规律为以180°方位时偏振度最大， 向两侧随探测方位离180°越远逐渐越低， 并趋于0。 (520±10) nm波段的偏振度在探测方位角180°方向达到的最大峰值与表面粗糙度进行相关分析， 发现他们呈幂函数关系。 回归方程为: y=0.582 2x-0.333， 可决系数R2为0.984 3。 对以上回归模型进行F检验， 发现偏振度峰值及所对应角度与粗糙度之间存在显著的相关关系。
表面粗糙度 偏振度 探测天顶角 探测方位角 Rock Surface roughness Degree of polarization Viewing zenith Viewing azimuth 光谱学与光谱分析
2011, 31(12): 3423
