[发明专利]一种地物光谱仪野外测量光谱的同步校正方法

说明书

本发明公开了一种地物光谱仪野外测量光谱的同步校正方法。光谱数据的主要影响因素来源于反射辐亮度和入射辐亮度之间的不同步性，因此测量过程中对于天气的稳定性要求较为严格。本发明如下：一、建立入射辐亮度和光照强度的拟合模型。二、地物反射光谱的同步校正。本发明通过对入射辐亮度和光照强度的模型建立，提出一种新的地物光谱测量方法，避免了环境变化后重复进行入射辐亮度的标定，简化了测试的。本发明应用于地物光谱仪在野外测量地物光谱工作中，能够应对采集的光谱会因为多云天气或者其他因素导致的光照变化而产生一定的光谱误差这一问题，增加了地物光谱仪适用的天候范围。

技术领域

本发明属于野外光谱测量技术领域，具体涉及一种地物光谱仪野外测量地物光谱的同步校正方法。

背景技术

为了研究各种不同地物在野外自然条件下的可见和近红外波段反射波谱，掌握地面上各种地物的光谱辐射特性，需要进行大量的地物光谱观测研究。光照波长为λ时，地物的遥感反射率R_rs(λ)＝L_w(λ)/E_d(λ)，即为λ波长光照下被测量物体的反射辐亮度L_w与物体表面入射辐照度E_d之比。

地物光谱仪为测量地物光谱的常用仪器，在使用光谱仪测定地物光谱的过程中，需要通过反射率为1/Π的标准白板(white panel)进行白板标定，以此标定结果作为测量反射率的入射辐亮度E_d，之后对准被测地物获得反射辐亮度L_w，以两者比值获得反射率。由此可见，光谱数据的主要影响因素来源于反射辐亮度和入射辐亮度之间的不同步性，因此测量过程中对于天气的稳定性要求较为严格，在多云天气等一些光照变化较快的天候，地物光谱的连续测量过程中具有很大的不便。在中国的南方地区，遥感数据的获取因为一年中气候原因也有很大的不便。据气象记录，在2010.1.1至2019.10.1期间，杭州地区的晴天天气占据总天数的12％，多云天气占据总天数的40％，因此采集光谱的日期具有很大的局限性，不利于持续的光谱采集工作。

目前地物光谱仪所测量的光谱范围达到350-2500nm，包含可见光和红外波段，并且具有较好的光谱分辨率(1nm)，但是野外测量会受到水汽吸收的影响。水汽吸收是大气中的水汽对一定波长电磁辐射的吸收作用，大多集中在红外波段，会导致地面接收不到相应波长电磁辐射，给地物光谱仪测量的入射辐亮度的定量分析带来一定难度，因此本方法针对地物光谱仪在可见光-近红外(VNIR)波段测量的光谱进行同步校正。

解决光谱测量过程中的入射辐亮度和反射辐亮度间的同步问题，不仅能够有效提高获得光谱的质量，增加操作便利性，还可以在多种天候下进行光谱采集工作，但是目前尚未有研究解决光谱测量过程中的同步问题。

发明内容

本发明的目的在于针对目前近地光谱仪测量过程中获得的光谱反射率构成中的入射辐亮度和反射辐亮度在时间上的差异性，以及目前只能在稳定光照天气下进行光谱采集的局限性，提供一种通过光照强度来对可见光-近红外波段范围(VNIR:400-900nm)的入射辐亮度进行模拟，依此计算光谱反射率，以及对校正后光谱与原来标准测量光谱间进行误差定量的方法。

本发明的具体步骤如下：

步骤一、建立入射辐亮度和光照强度的拟合模型

1-1.建立数据集

在不同的光照强度下通过标准白板和地物光谱仪进行一次或多次入射辐亮度光谱的检测，得到综合数据集。将综合数据集拆分为训练集和测试集。

1-2.建立拟合模型

对训练集中的入射辐亮度光谱的各波段数据分别进行拟合，得到各个波段入射辐亮度Rad_m和光照强度lux的拟合函数如式(1)所示，波长m＝400,401,…,900。