密封舱光学玻璃对航空成像光谱仪光谱辐射影响的研究

航空高光谱遥感通常工作高度在海拔4000m以下,对于高海拔地区则需要采用密封舱飞机作为平台,而密封舱飞机底部玻璃窗口会对航空成像光谱仪光谱辐射产生影响,如何确定并消除该影响则成为航空高光谱遥感能否应用于高海拔地区的关键。我们研究小组提出了一种利用密封舱光学玻璃进行实验室定标的方法来进行研究,这种方法可以确定光学玻璃对航空成像光谱仪光谱偏移和辐射强度的影响。研究表明,光学玻璃对光谱仪的光谱偏移影响较小,在1%以内;而对光谱仪的辐射强度影响较大,在10%至50%之间,尤其是对短波红外波段影响较大。通过实验我们可以生成新的光谱定标文件和辐射定标文件来消除该光学玻璃的影响,从而使机载高光谱遥感能应用于更广泛的地区。     

一种间接从高光谱数据中提取黑土硒含量的新方法

我国东北黑土富含养分,随着土壤数字制图、精确农业和土壤资源调查等研究的深入,引入航空高光谱数据并提供科学的预测结果成为研究热点。硒元素相对于黑土土壤的主要成分属于微量元素,但其对作物的正常生长的作用与大量元素是同等重要的,亦是人体健康所必要的营养元素。针对硒含量反演,建立了一个基于主要成分的间接提取模型,该模型能够显著提升硒含量回归系数,降低实测值与预测值的误差。数据源自CASI-1500航空高光谱成像系统,光谱范围380~1 050 nm,空间分辨率1.5 m。在黑龙江建三江地区采集60个土壤样本,化验获得硒、有机质、全铁、pH和氧化钙含量数据,选择BP神经网络,建立光谱与含量的反演模型。分析不同含量的黑土成分在可见-近红波段范围内光谱变换规律,掌握了硒元素随着含量升高,光谱反射率会逐步升高的规律。但当硒含量较低时,在其他成分的干扰下,这一规律会逐渐减弱,直至不显著。有机质的光谱特征与硒元素相反,总体上随着含量的增高,反射率整体下降,这与有机质的光谱特性紧密相关。全铁光谱呈现出与有机质光谱类似的规律,说明二者具有较高的相关性。不同pH值和氧化钙含量的光谱特征与检测值没有呈现出明显的特征规律,反射规律不明显。对60个采样点不同养分含量进行逐波段求反射率对养分的相关系数。结果表明,pH值各个波段相关系数最高,均值达到0.63;其次是全铁的相关系数,为0.54;有机质和氧化钙的相关系数接近,分别为0.42和0.47;而硒元素含量与逐波段的平均相关系数最低,为0.38。选取相关系数较高的前5个波段,作为建模波段。硒特征波段为447,437,456,466和475 nm;有机质特征波段为447,456,466,437和475 nm;全铁特征波段为752,695,800,762和733 nm;pH特征波段为905,752,800,943和695 nm;氧化钙特征波段为752,695,800,523和762 nm。通过计算样本点硒含量与其他成分的相关系数,硒与有机质呈正相关,相关系数为0.79;与全铁、pH、氧化钙呈负相关,相关系数分别为-0.80,-0.94和-0.69。针对有机质、全铁、pH和氧化钙反演精度较高,而硒元素含量较低,直接反演精度不足的问题,设计了一种先提取4种成分含量,再根据其提取结果建立硒元素函数关系,间接反演硒元素含量的方法。首先将五种成分与特征光谱进行神经网络分析,计算每种成分的回归系数R2和RMSE。显示全铁和pH具有较高的反演精度,有机质和氧化钙归系数虽低于0.8,但也显著高于硒元素的反演精度。建立硒元素与其他4种成分含量的回归模型,得出Se=0.522 9+0.041 8Som-0.016 6Fe₂O₃-0.035 6pH-0.005CaO,进行硒元素间接提取,回归系数从0.516增长到0.724,均方根误差从0.182降低到0.136,显著改进了反演硒含量的精度,为硒元素大范围精确制图提供了一种新技术。     

地面与航空高光谱反射率联合反演技术研究

成像高光谱仪可搭载在航空或地面平台上获取地物的纹理和光谱数据,为了准确确定地物属性,需要将数据反演成地物的反射率数据。传统的方法分别计算地面与航空成像高光谱的反射率~([1]),但由于有效像元面积较小、光谱混合等原因,计算得到的航空高光谱反射率误差较大。本研究获取了青海省都兰和甘肃祁连山地区的地面与航空高光谱测量同步及准同步测量数据,数据类型包括黑白布、水体、植被、水泥地面、花岗岩、砂石路等多个地点的地面成像光谱数据。在此基础上联合地面与航空成像高光谱数据,建立了基于地面成像光谱数据的航空高光谱反射率反演方法,通过计算平均光谱、经验线性方法等处理步骤,实现了对航空高光谱数据的反射率反演,通过对不同地物的光谱分析,表明反演结果较为理想。