如何引导:光谱学领域

场光谱学使科学家能够测量不同材料与电磁能量,因此支撑的技术使我们能够把世界从空中或空间。过度和多光谱传感器在空气中或在地球轨道是用来衡量特定波长的光,决心使用字段光谱学是有用的。场光谱然后也用于验证或“真实”无人驾驶飞机,飞机和卫星数据。

然而,光谱学领域不仅是用来支持遥感,它本身也是一种重要的科学工具,广泛用于无损识别和描述材料和表面。这是至关重要的在气候研究、精准农业、地质勘探、融雪映射,空间生态学、污染治理和许多其他领域。虽然有很多应用光谱学在实验室固定照明条件下,本指南将特别关注在户外使用便携式光谱仪在自然灯光环境中,因为这是最相关的环境应用程序和验证卫星和航空遥感仪器。

野外光谱仪使表面的测量两个特别重要的属性:反照率和光谱反射率的因素。反照率是所有的比率下降太阳能触及表面的上升流光逃离它。至关重要的决定能量平衡和计算太阳能吸收的数量在森林的树冠上,积雪和用于在作物光合作用和海洋藻类的繁殖。传入的太阳能的反射系数是反映在一个特定的方向,相对于近似完美的散射反射板,用镜头固定视角(尼哥底母et al ., 1977)。定向测量更类似于什么是衡量卫星、飞机和无人机多或hyper-spectral地图领域的地球表面。测量协议为每个这些测量中广泛使用的科学文献,教科书和说明书(例如NERC FSF)。

本指南将概述一些具体缺陷可能不会立即明显的新用户,但可以完全无效使用字段spectroradimeter进行的测量。其目的是帮助读者避免一些重要但常见错误和误解与获得反照率和定向反射系数测量。

测量正确的属性

使用光谱仪测量的类型进行完全取决于研究问题的回答。如果这项研究的目的是验证遥感数据,或识别特定材料的光谱特性,那么它可能是最合适的测量反射率在某些固定视角尽可能相似的机载或卫星仪器的视角。然而,这种类型的测量省略了反射辐射整个观看半球除了在一个狭窄的圆锥。能量平衡的研究,估计地表反照率是最合适的,因为它考虑能量到达和离开表面向四面八方扩散。

你喜欢作为一个PDF阅读这?
在这里下载

使用正确的镜头

定向反射测量使用裸露的纤维,启用或准直透镜,限制了瞬时视场。只有一小部分的总能量反射的表面测量的传感器。反照率,适当的透镜称为余弦收集器。这个设备扩展光纤的视角对整个半球(天顶的180度和360度方位)。传感器是命名,因为它使用一个扩散器测量辐照度正比于入射光角度的余弦值。重要的是要意识到不同准直透镜产生不同的地面测量领域。

测量在正确的方向上

测量方向是至关重要的,因为纯天然表面反射光线在某些方向略或大大超过其他方向。冰雪,例如,显示出强烈的偏爱向前方向的散射光。这主要原因是downwards-looking测量与有限视角不能转化为表面反照率没有知识的各向异性反射率因子(ARF)。从本质上讲,测量可能是失踪的大多数反射能量。垂直俯视测量是非常普遍的,但可能会有很好的理由来测量最大散射方向,或向后散射方向。照顾,以确保所选择的测量方向是适合你的研究问题。

照明条件

即使对于相同的表面用相同的测量仪器,反射率测量如果光照条件变化而变化。这可能是由于云层变化,太阳能角和大气成分。云是更有效地吸收太阳能更长的波长较短的可见光。在雪和冰的情况下,这意味着在阴天入射光线更集中在波长有效反射的表面,导致在晴空反照率大于天(Grenfell Maykut, 1977)。同样,当太阳在一个较低的角度入射光线可以“脱脂”表面,而不是穿透更深,意义反照率增加,当太阳在天空较低。由于这些原因,测量通常在短窗口(2小时的太阳中午)最小化错误由于太阳能角度和环境变化不断的云层。

光谱仪热身时间

光谱仪测量的大部分太阳光谱通常由几个独立的内部数组,每个有稍微不同的热身时间。忽略这可能导致文物数据的数组之间的交点。ASD领域广泛使用规范的光谱仪至少30分钟的热身时间推荐(NERC场光谱设备),确保两个数组操作的最佳温度。特别是应用在寒冷的地方。

1000纳米的人工制品

有一个共同特点,就是来自一些光谱仪的光谱数据的光谱在1000海里的一个步骤。这种纤维聚类的结果衡量特定波长内冰的光纤电缆,导致某些部分被测表面特定波长的优先。如果存在一定程度的不均匀表面上,这可能会导致数据的分段的文物。这可以纠正在数据处理或避免通过合适的随机化过滤领域仪器。

选择一个目标区域

同样重要的是要承认样品表面和所覆盖的区域面积成像光谱仪。如果您希望的表面测量10厘米2和成像面积20平方厘米那么测量光谱的集成信号样本和周围的其他表面。出于这个原因,努力确保传感器的观看足迹小于样本表面的覆盖面积。传感器的足迹可以计算高度和瞬时视场使用基本三角。

完美的参考面板

对反射系数测量,参考面板的质量是至关重要的。这是样本的标准来衡量。如果有凹痕,划痕、变色、污垢或缺陷面板,这些传播通过样品测量,可以掩盖或夸大了真实的光谱特性。小组的目的是尽可能完美的传感器的表面散射。最好的选择是平的,清洁SpectralonTM,但即使这并不是一个完美的朗伯的散射体,这意味着任何最终的数据的质量缺陷的影响。引用的反射面板应该至少测量之前和之后的每一个样品测量,使修正改变照明条件。

元数据

因为反射或反射率测量用光谱仪是如此敏感的精密仪器配置和照明条件,公平比较广泛、准确的元数据是至关重要的不同的研究小组,不同的地点,甚至不同的测量数据集内。最低,日期、时间、工具的细节,镜头类型,测量高度和角度,云层,地面坡度和方面和基本气象观测应记录每一测量(Rasaiah et al ., 2014)。

引用

1. 尼哥底母,f E。里士满,J.C.夏朝,J.J. 1977。几何因素和反射率命名法。华盛顿特区:美国国家标准局,美国商务部。URL: http://physics.nist.gov/部门/ Div844 /设施/ specphoto / pdf / geoConsid.pdf
2. Grenfell,教学楼。1977年,Maykut G.A.。冰雪的光学性质在北极盆地。冰川学学报,18:445 - 463
3. NERC字段光谱设备:仪表指南,http://fsf.nerc.ac.uk/resources/guides/
4. Rasaiah,文学士学位美国南达科他州,琼斯,更夫,C。马尔萨斯,T.J.(2014)光谱学领域活动的关键元数据,遥感,6:3662 - 3680,doi: 10.3390 / rs6053662