適合低空機(jī)載高光譜成像儀轉(zhuǎn)反射率的方法

反射率是遙感應(yīng)用的基礎(chǔ)，以往的低空機(jī)載轉(zhuǎn)反射率方法，或者套用于高空方法，或者套用于地面方法。低空有低空的特點(diǎn)，并不是所有方法都很適合。在此對(duì)適用于低空機(jī)載高光譜成像儀轉(zhuǎn)反射率的做簡(jiǎn)要討論。

1、什么是反射率？

物體反射的輻射能量占總輻射能量的百分比，稱為反射率。即反射率=發(fā)射能量/入射能量。

物體內(nèi)的特定成分對(duì)不同的波長(zhǎng)的光有特定的吸收，特定成分的含量也會(huì)影響到吸收的程度和一些細(xì)節(jié)。因此通過(guò)光譜反射率可以了解到物體內(nèi)的成分組成和含量，攜帶的信息是非常豐富的。反射率，是遙感應(yīng)用的基礎(chǔ)。

利用光譜反射率計(jì)算牧草品質(zhì)，這是最初的光譜遙感應(yīng)用

2、什么是轉(zhuǎn)反射率？

公式：反射率=反射能量/入射能量。

DN值和光的能量有相關(guān)關(guān)系，可以通過(guò)DN值計(jì)算出能量。即輻亮度（radiance，面輻射源上某點(diǎn)在一定方向上的輻射強(qiáng)弱的物理量，單位為W/(Sr·m2)，本文簡(jiǎn)稱為能量。

我們分別測(cè)量DN值和入射DN值，再都轉(zhuǎn)成能量值，相除就得到了反射率。后來(lái)因?yàn)楣庾V儀的傳感器越來(lái)越好，DN值和能量的相關(guān)關(guān)系就是線性相關(guān)，所以就演變成了DN值直接相除。這也就變成了地物光譜儀一般轉(zhuǎn)反射率的方法。（也有一些還是要用能量）

公式：反射率=反射DN值/入射DN值

3、低空機(jī)載應(yīng)該用哪個(gè)公式？

用能量的，不能用DN值的！

沒(méi)有準(zhǔn)確能量定標(biāo)的傳感器是不適合機(jī)載應(yīng)用的！

4、為什么？

各像素一比，得到反射率。很多用戶這么做了以后，覺(jué)得反射率不正常。當(dāng)然會(huì)不正常。

原因有二

一、測(cè)量白板時(shí)，周圍物體反射到白板上的光，相當(dāng)于增加了入射光。而飛起來(lái)以后測(cè)的反射光卻不包括這部分的光。此影響在某些波長(zhǎng)影響可以超過(guò)20%，地物光譜儀操作規(guī)程明確要求要保持測(cè)白板和測(cè)地物時(shí)光纖周圍物體要盡量一致。

二、有時(shí)一次飛行要15-30分鐘。太陽(yáng)輻射和水汽變化非常巨大。都用一個(gè)白板DN值做分母，誤差顯然就太大了。按照ASD的操作規(guī)范，即使是最好的天氣，碧空如洗，萬(wàn)里無(wú)云，白日高懸，干燥無(wú)風(fēng)。也得10分鐘做一次白板。而這種天氣，在很多地區(qū)一年都沒(méi)有幾次。

大多數(shù)時(shí)候，我們都要承受3-5分鐘就要測(cè)一次白板的麻煩。所以說(shuō)，不可以用DN值/DN值的方法。

5、如果用靶標(biāo)布，不就解決了校準(zhǔn)頻率的問(wèn)題了嗎？

是的，靶標(biāo)布可以保證更高頻率的提供入射光的測(cè)量。

但是仍然不可以用DN/DN的方法。

原因在于，成像光譜儀的傳感器陣列中，各像素對(duì)于能量的響應(yīng)并不完全一致。

所以也需要對(duì)傳感器做能量定標(biāo)，將DN值轉(zhuǎn)化成能量值，再轉(zhuǎn)反射率才可以。

重復(fù)一遍。沒(méi)有準(zhǔn)確能量定標(biāo)的傳感器是不適合機(jī)載應(yīng)用的！

6、具體的實(shí)現(xiàn)方法

靶標(biāo)布法，可以在地面布置一些已知反射率的靶標(biāo)布，形成較高頻率的校準(zhǔn)。注意要DN轉(zhuǎn)能量之后，再轉(zhuǎn)反射率。

機(jī)上微型光譜儀法，機(jī)上的光譜儀直接測(cè)量入射輻射能量，能量轉(zhuǎn)反射率。要注意微型光譜儀的波長(zhǎng)漂移。地面光譜儀法，在地面測(cè)量入射輻射能量，能量轉(zhuǎn)反射率。

靶標(biāo)法，機(jī)上衛(wèi)星光譜儀法，地面光譜儀法

另外還有大氣校正的方法。通過(guò)大氣校正公式獲得入射能量，能量轉(zhuǎn)反射率。但是有些公式要求一些不容易獲得的氣象參數(shù)，比如氣溶膠參數(shù)等等，而且整體誤差較大，不如前三種方法。

7、對(duì)于入射光波動(dòng)大的解決方案。

有些地區(qū)常年以及有些地區(qū)的某些特定季節(jié)，天氣多變，天上總是有薄云，經(jīng)常性的晴雨變化，入射能量變化極快，這些天氣都不是適合進(jìn)行遙感測(cè)量。

看云卷云舒，有時(shí)云就是不走。

如果實(shí)驗(yàn)還必須要進(jìn)行，建議采取地面光譜儀法，地面用ASD測(cè)量入射能量，天空用成像光譜儀測(cè)量反射能量。兩個(gè)能量通過(guò)精確的時(shí)間匹配，可以達(dá)到每秒能量匹配轉(zhuǎn)反射率，大大提高了轉(zhuǎn)反射率的準(zhǔn)確性。

同一塊靶標(biāo)，綠線為通過(guò)逐秒匹配轉(zhuǎn)的反射率，紅線為ASD現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的反射率在MEGA CUBE上有ASD數(shù)據(jù)接口。

8、小結(jié)
對(duì)于低空成像光譜儀轉(zhuǎn)反射率，一定要用能量/能量。對(duì)于入射能量相對(duì)穩(wěn)定的情況，推薦使用靶標(biāo)布方法和地面光譜儀。對(duì)于入射能量變化很大的情況，建議使用地面ASD，每秒匹配轉(zhuǎn)反射率。沒(méi)有準(zhǔn)確能量定標(biāo)的傳感器是不適合機(jī)載應(yīng)用的！

9、什么是低空？
從一般概念來(lái)說(shuō)，低空是指100-1000米的范圍。但是從操作概念來(lái)說(shuō)，在我國(guó)無(wú)需申請(qǐng)空域的高度是120米以下。因此低空也可以說(shuō)是120米以下，這也是旋翼無(wú)人機(jī)的大部分工作高度。

《無(wú)人駕駛航空器飛行管理暫行條例（征求意見(jiàn)稿）》，對(duì)輕型無(wú)人機(jī)開(kāi)放120米以下的空域，輕型無(wú)人機(jī)是指空機(jī)重量不超過(guò)4000克，最大起飛重量不超過(guò)7000克，最大飛行速度不超過(guò)每小時(shí)100千米的飛行器。



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