蚜虫是棉花的主要害虫之一, 我国棉花产量每年因蚜虫危害造成的损失高达5%～10%。 田块尺度的棉花蚜害空间分布监测可以辅助精准定量施药, 减少环境污染。 利用无人机搭载成像光谱仪获取的“图谱合一”的遥感数据因其具有分辨率高、 时效性高、 成本低等优势, 可为作物病虫害监测提供了重要数据源。 比值导数法模型简洁, 运行效率高, 结果精确, 可以有效的应用于遥感反射率光谱解混处理, 提取对目标信息较为敏感的波段, 为构建虫害监测模型提供了有效的手段。 因此本研究选择棉花典型生产区新疆库尔勒地区为实验区, 开展以下工作: （1）以低空无人机搭载成像光谱仪获取棉花蕾期冠层成像光谱影像, 结合地面调查数据, 获取76个样点光谱数据及蚜害严重度(包含健康植株16个, 蚜害严重度1～4级每级选取15个); (2)分析不同蚜害严重度棉花冠层光谱的特征, 并利用比值导数法筛选出对蚜害胁迫敏感的光谱波段, 分别为514, 566和698 nm波段; (3)构建基于三个敏感波段的光谱反射率、 比值导数光谱值的一元线性回归和偏最小二乘法的蚜害严重度估测模型。 结果表明: (1)蚜害对棉花冠层的光谱反射率有显著影响。 棉株受蚜害胁迫越严重, 其在可见光区域的反射率越高, 近红外波段反射率越低, 发生红边区域“蓝移”; （2）比值导数法可有效提取蚜害棉花冠层光谱敏感波段, 所筛选的514, 566和698 nm三个波段与相关系数法所筛选的敏感波段一致; (3)利用敏感波段比值导数光谱值所构建的蚜害严重度估测模型精度优于敏感波段光谱反射率所构建的模型, 其中698 nm波段构建的模型精度最佳（R2=0.597, RMSE=0.91）; (4)三个敏感波段的比值导数光谱值所构建的偏最小二乘多元回归模型精度优于单个波段比值导数光谱值所构建的模型（R2=0.612, RMSE=0.89）; (5)基于比值导数法的棉花蚜害无人机成像光谱监测模型可以获取田块尺度的不同严重度蚜害空间分布图, 对于精准定量施药有重要的指示意义。

目前混凝土化学腐蚀损伤程度的检测主要是扫描电镜、 能谱、 XRD衍射等方法, 这些方法对于在役的混凝土结构来说, 易造成破坏, 检测时间长, 连续性差。 提出了一种基于高光谱的混凝土腐蚀产物无损检测新方法。 高光谱检测具有非接触、 方便快捷、 连续无损的优点, 但是受腐蚀混凝土实测光谱的解混模型和分析方法是实际应用的难点。 该研究根据混凝土遭受硫酸钠侵蚀生成产物的特点, 将硫酸钠侵蚀后混凝土的光谱划分成两个组分光谱的线性混合, 一个组分是水泥的水化产物光谱反射率, 另一个组分是硫酸钠侵蚀下生成主要产物钙矾石和石膏的光谱反射率。 在光谱比值导数模型的基础上, 建立混凝土腐蚀产物的光谱解混模型。 以在清水和10%Na2SO4溶液中连续浸泡的混凝土试块为研究对象, 按照15 d的采集周期, 在30～120 d连续测量两组混凝土的反射光谱。 数据经过平滑、 包络线去除后, 利用混凝土腐蚀产物的光谱解混模型进行处理。 数据一次解混后, 分析解混后光谱曲线光谱特征和变化规律, 与钙矾石和石膏混合物的标准光谱曲线进行SFF匹配拟合分析。 并结合扫描电镜和X射线衍射方法检测此次试验中钙矾石和石膏腐蚀产物的生成情况。 利用混凝土比值后的光谱曲线除以石膏光谱曲线, 完成了实测光谱的二次解混处理, 分析了钙矾石的生成量在30～120 d腐蚀过程中变化趋势。 试验结果表明, （1）试验中清水和10%Na2SO4溶液中不同龄期的两组混凝土, 反射光谱特征随着腐蚀时间的增加区分度明显。 两组试块均在1 445和1 945 nm附近有较强吸收特征, 但吸收深度不同, 10%Na2SO4溶液混凝土光谱曲线的吸收深度、 吸收面积明显大于清水中的混凝土; （2）实测光谱曲线经过混凝土光谱解混模型一次处理后的曲线, 在1 450和1 945 nm左右处有明显的吸收深谷, 与石膏和钙矾石混合物标准光谱的光谱特征一致, 两者光谱曲线的SFF匹配拟合数值达到了0.96; （3）利用比值后的光谱除以石膏光谱后的曲线很好的突出了腐蚀产物钙矾石的光谱特征。 发现随着腐蚀龄期的增长, 钙矾石在30～120 d生成量的丰度呈现先降后升趋势。 （4）根据混凝土试块腐蚀状态下的高光谱数据分析、 扫描电镜和X射线衍射的检测结果, 验证了混凝土光谱解混模型在混凝土检测中能够正确解算出腐蚀产物的类型和丰度, 为混凝土高光谱无损检测提供了理论基础。

混合颜料比例的确定一直是文物精确修复的难点,传统的文物色彩修复是在基于经验基础上不断试色的过程,效率不高。本文在原有比值导数法的基础上,通过改进特征波段的选取方法,提出基于众数的比值导数光谱法进行光谱解混。利用模拟数据与真实数据进行了检验,结果表明该方法能够缩小修复过程中试色的范围,提高解混精度,在文物混合颜料识别分析中有很大的应用潜力。

矿物颜料的准确配色是实现文物壁画高品质修复, 颜色高保真还原的关键技术。 矿物颜料颗粒的粒径大小是影响矿物颜料颜色信息和光谱反射率信息的一个重要因素。 准确获取壁画表面的矿物颜料光谱反射率信息, 是实现颜料颗粒粒径信息识别的有效途径。 但是, 由于壁画表面矿物颜料部分采样点的光谱信息受到了干扰, 无法与不同粒径的矿物颜料的光谱数据库准确匹配, 因此也无法从采集的光谱信息中获取有效的粒径信息。 针对受干扰的颜料光谱信息, 提出利用比值导数法对其进行处理。 把光谱信息从光谱反射率空间转换到比值导数光谱空间进行匹配, 降低光谱中的干扰信息, 增强矿物颜料颗粒本身的光谱特征信息。 以壁画中常用的不同粒径的石青和石绿矿物颜料为实验对象, 制成色块样本, 以基底和白色颜料为主要影响因素, 对文中提出的方法进行测试。 光谱角度量的结果和光谱曲线图的匹配结果显示, 在比值导数光谱空间, 获得了满意的光谱匹配精度。 验证了文中提出的分析方法可以解决实验中受干扰颜料光谱匹配不准确而无法获得粒径信息的问题, 能够为壁画修复过程中矿物颜料的配色提供准确的粒径信息参考。

对固体矿物和粉末矿物反射光谱进行了比较分析，并基于比值导数光谱法对石膏与绿帘石粉末混合物进行了光谱定量反演，提取出端元矿物的强线性波段，结合矿物特征吸收谱带信息，从反射率光谱、比值光谱及比值导数光谱等不同角度总结强线性波段的分布特征，初步判定强线性波段分布于端元矿物特征吸收谷附近的陡坡以及反射率光谱交点处.

矿物丰度含量的精确分析是高光谱遥感技术定量分析中的难点。 将化学领域的比值导数光谱算法进行总结, 将其引入遥感反射率光谱分析, 提出了基于线性光谱混合模型的比值导数光谱解混模型, 并利用石膏和绿帘石粉末混合物进行了模型的精度分析。 实验结果表明, 矿物粉末混合物在不同波段其光谱混合特性有所不同, 其中部分波段有较强的线性混合特征。 采用部分强线性混合波段进行光谱解混, 可以取得比全波段解混算法更好的结果。 比值导数法光谱解混模型简洁, 可以得到高精度的矿物成分反演结果, 对于固定端元组成的混合光谱定量分析有较大潜力。