叶绿素a（Chlorophyll-a, Chl-a）浓度是监测浮游植物和水质状况的代表性指标, 对湖泊富营养化评价具有重要意义。 为了探求南漪湖多时相的Chl-a浓度高光谱特征及反演方法, 选取2020年—2021年间南漪湖8次走航式水体实验同步采集的98组高光谱数据和Chl-a浓度数据, 分析不同Chl-a浓度条件下南漪湖实测光谱的变化特征, 同时考虑水质组分变化和采样时间变化对光谱的影响, 提取能反映Chl-a浓度信息的特征波段。 然后引入峰谷距离法、 荧光基线高度法、 峰面积法和基于峰面积法改进的谷上峰面积法共同反演南漪湖Chl-a浓度, 并利用5折交叉验证法比较不同反演算法的优劣。 研究结果表明: （1）随着Chl-a浓度的增大, 荧光峰位置向红外方向移动, Chl-a吸收谷和荧光峰分别有加深和升高的趋势, 峰谷差异更加明显, 荧光峰附近谱段能够有效反映Chl-a浓度变化; （2）利用5折交叉验证法将样本分为5组, 依次作为验证集进行建模, 对于不同组别的验证集各方法的RMSE和 MAPE极差平均值分别为0.437 5 μg·L-1和28.27%, 可见样本建模集与验证集的选取会显著影响精度评价结果, 5折交叉验证的方法可以减小上述误差, 在样本范围内最大程度地比较出各方法的优劣; （3）结合Chl-a浓度吸收谷极小值处水平切线提出的谷上峰面积法取得了最优的反演结果, 其验证精度分别为R2=0.756 7, RMSE=1.653 1 μg·L-1, MAPE=40.77%, 相较于峰谷距离法、 荧光基线高度法和峰面积法精度均有提升, 为叶绿素a浓度荧光反演提供了新的思路。

病害作为影响农作物生长的主要因素之一, 平均每年造成农作物产量损失高达12%以上。 病害不仅直接导致农作物产量减少, 而且也严重降低了农产品的品质, 甚至引发食品安全事故。 光谱成像作为一种融合图像处理和光谱学的信息获取技术, 能同时获取目标的图像信息和光谱信息, 从而更直观表达目标的特征。 光谱成像技术可以获得图像上每个点的光谱数据, 从而实现对作物病害的颜色、 形状和纹理特征及光谱特征的分析, 具有快速、 直观和无损等特点, 近些年在作物病害检测领域的应用取得了较大研究进展。 综述了近六年来国内外关于光谱成像技术在作物病害检测领域应用的相关文献, 分析了光谱成像技术的优势和局限性, 重点阐述了光谱成像作物病害检测中关键的第三个技术： (1）光谱图像分割技术, 重点分析了四种常见分割算法的优点和适用范围； (2）光谱特征和空间特征提取技术, 重点对比了空间特征、 光谱特征和二者加权组合对病害信息表达的准确性； (3）检测模型, 重点介绍了光谱植被指数和机器学习模型在作物病害检测中的稳定性和前景。 最后, 根据上述分析展望了光谱成像技术在作物病害检测领域中应用的研究趋势, 为相关研究提供全面且系统的参考。

有机污染物是水体污染的主要来源, 水体有机污染程度可通过化学需氧量(COD)指标综合表示。 与传统复杂专业的化学检测手段相比, 遥感技术因具有快速、 实时、 非接触、 大面积等独特优势而广泛用于水体水质监测, 包括叶绿素、 悬浮物和黄色物质等生色参数的定量反演。 然而目前对于水体COD这一重要水质参数的遥感反演报道不足, 这主要是因为影响COD浓度的有机污染物复杂多变、 光谱响应机理尚不明晰。 通过测量实验室配比的不同浓度COD标准液及野外实际水体的可见-短波红外反射光谱（350～2 500 nm）, 分析了水体COD的光谱响应特性。 研究发现, 随着COD浓度增加, 水体反射光谱在可见-短波红外范围内整体逐步上升, 但在540～580和1 000～1 060 nm波段范围内光谱响应快速增强, 表现出—OH伸缩振动的三级倍频和—CH伸缩振动与变形振动的合频吸收特征。 利用上述敏感谱段与全谱段分别对实验室COD标准液和野外实际水体建立偏最小二乘（PLS）回归模型, 其中, COD标准液模型反演精度: (1）敏感谱段, R2=0.972, RMSE=39.629 mg·L-1; (2）全谱段, R2=0.961, RMSE=46.639 mg·L-1; 实际水体模型反演精度: (1）敏感谱段, R2=0.798, RMSE=32.037 mg·L-1; (2）全谱段, R2=0.658, RMSE=48.332 mg·L-1。 结果表明, 不管是COD标准液还是实际水体, 基于敏感谱段的COD反演模型精度均优于基于全谱段的反演模型。 研究可为水体COD遥感反演提供重要的理论与技术支撑。

目前水体重金属遥感反演相关研究仍比较薄弱。 自然界中重金属污染水体的光谱特征研究是重要的基础性工作, 是将来实现卫星遥感反演时波段选择的重要理论依据, 也是遥感反演模型所必须的基础参数。 首先利用Analytical Spectral Devices(ASD)光谱仪, 测量获得以大宝山尾矿水为例的典型重金属污染水体在两种水深和两种光照条件下的离水反射率光谱曲线, 发现在600~700 nm(红波段)均有稳定的反射峰, 然后进一步与自然界常见的两类水体(浑浊水体和富营养化水体)的反射峰位置进行对比, 发现: 以长湖水库石英砂厂附近为例的浑浊水体反射峰在550~700 nm(绿、 红波段), 以北江韶关冶炼厂附近为例的富营养化水体反射峰在550~600 nm(绿波段), 3种水体的反射峰位置各异, 说明该重金属污染水体反射率光谱与这两类水体具有很好的可分性。 然后在测量水体反射率基础上, 结合水质遥感模型和进行室内消光系数测量, 反演得到大宝山尾矿水体的总散射系数和总吸收系数光谱, 并进一步分离水分子吸收作用, 最终得到水中成分的综合吸收系数光谱曲线, 结果表明: 在紫光波段吸收最强, 在红光波段吸收最弱; 具体表现为: 从400 nm开始, 吸收系数快速递减, 在蓝绿光波段递减速度变缓, 从黄光波段又开始快速递减, 到676 nm达到极小值, 然后又快速增强至750 nm, 随后变化减缓。 最后结合水样的水质化验结果, 对该重金属污染水体的光谱成因进行分析, 发现现场水色和水中成分的综合吸收系数光谱特征皆与作者前期研究测量获得的硫酸铁溶液颜色及其吸收系数光谱特征吻合, 因此认为水中成分的光谱特征是由硫酸铁及其水解产物所引起。 以上说明该重金属污染水体的光谱特征明显, 反射峰和强吸收波长位置明确, 这是将来利用卫星遥感手段反演水中重金属浓度的重要特征波段。 该研究获得了以大宝山尾矿水为例的典型重金属污染水体反射率、 消光系数、 散射系数和吸收系数的光谱结果, 为日后推广至其他种类重金属矿的尾矿水体及水中成分光学参数反演提供方法依据, 也为将来利用卫星遥感技术对水中重金属浓度进行定量提取打下良好的理论基础。

景德镇青花瓷是我国最具代表性的陶瓷品种之一, 具有很高的学术价值和社会经济价值。 不同年代的青花瓷仅靠外观难以区分, 如何快速准确区分不同年代的景德镇青花瓷是文物保护界面临的一个难题。 高光谱技术是一种完全无损的分析方法, 并已经在壁画、 字画等文物的颜料分析中得到成功应用, 目前还没有关于瓷器文物的高光谱研究成果出现。 选取28个历代景德镇青花瓷碎片样本, 使用地面光谱仪测量样本胎釉和青花料部位反射率光谱, 分析其典型光谱特征, 并对历代青花料光谱特征参量变化趋势进行了分析。 研究表明, 青花料部位在可见近红外波段光谱特征较为显著, 历代青花料光谱特征参量有较明显的差异, 并有一定的变化规律。 高光谱技术对于景德镇青花瓷的断代研究有很大潜力。

基于目标发射光谱分析法的原理,通过分析小尺寸实验平台上测得的体积分数10%的甲烷爆炸火焰光谱数据,提出甲烷爆炸火焰光谱特征分析方法,包括频域特征参数光谱密度、波段辐射光强度、波段平均及偏差,时域特征参数波段辐射能量、时间段平均及偏差和特性参数偏度、峰度、半宽的计算方法;分析得出当甲烷爆炸火焰光谱波长值为某些定值时,光谱密度在1 nm范围内在正向与负向之间转换,表明光强密集程度变化剧烈;甲烷爆炸火焰光谱波段定积分在550~900 nm波段最强;甲烷爆炸火焰光谱信号随着波长的增大可测时间增长,信号强度在达到峰值后整体呈衰减趋势,在衰减过程中间隔出现依次减弱的强度增强;研究结果表明目标发射光谱分析法可应用于甲烷爆炸感应期内火焰光谱的动态半定量分析,分析得出的光谱特征可作为检测甲烷爆炸火焰的判据.

为了实现高速目标的快速识别及定位, 采用多光谱辐射与声定位技术联用, 在被动探测的状态下快速获取被测目标爆炸波的光谱特性及声特性, 从而分析判断其种类、 位置等重要参数信息。 推导了多光谱辐射目标识别检出公式, 计算了采用激波声定位方法获取光程距离的精度及合理的积分时间。 实验分别采用5.56 mm北约弹、 7.62 mm 56式步枪弹、 12.7 mm 54式机枪弹作为被识别目标弹丸, 通过丹麦B&K公司的2209脉冲声压计完成声压峰值采集, 获得了三种目标弹丸的速度、 距离信息。 由静态傅里叶变换干涉系统与ICX387AL型CCD完成干涉条纹的采集, 再将获得的光程信息代入多光谱目标识别算法中, 从而通过目标的光谱特性识别弹丸的类型。 实验结果显示, 5.56 mm北约弹的三个特征波长位置幅值接近, 966 nm位置处幅值最大; 7.62 mm步枪弹在935 nm位置上幅值最大, 其他两个位置上幅值相近; 12.7 mm机枪弹的三个波长呈阶梯状分布。 在多次测试过程中, 经光谱标定、 特征波长提取等方法对采集得到的三组光谱数据均可成功识别弹丸的种类并给出目标位置, 满足设计要求。