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基于光谱反射信息的作物单产估测模型研究进展

基于光谱反射信息的作物单产估测模型研究进展
基于光谱反射信息的作物单产估测模型研究进展

近红外光谱预测汽油辛烷值

前言 烃加工工业中,连续在线监测关键石油物流的性质,是强化过程控制和炼厂信息系统集成的重要环节,为表征石油物流这一高度复杂的烃类混合物,引入了一系列测试手段和标准指标,总的来说,这些指标测试费用高、重复性差、试样用量大,在线实现时维护代价高,响应速度慢。 七十年代以来,近红外光谱(NIR)技术在分析机理、仪器制造、数据处理方面有了很大发展,与传统分析仪器相比,近红外分析仪有显著优势:光纤远程信号传输,可实现非接触式测量;一谱多用,只要建立模型,可同时测量多个指标;预处理简单,分析中不需化学试剂;响应速度快;易于制成小型紧凑的过程分析仪,在农作物分析等方面已建立实用标准[47]。 八十年代末,西雅图华盛顿大学过程分析化学中心(CPAC)进行了将近红外技术用于石油化学领域的研究,最重要的工作是测量汽油辛烷值,族组成和其它几个关键指标,随后在世界范围内的众多试验室和炼厂开展了这方面的研究工作,例如位于法国的BP拉菲尔炼厂将近红外技术大量用于过程控制,效益显著:在调合工艺中,一套近红外分析仪可替代两台辛烷机和一套雷德蒸汽压测试仪和其它蒸馏测试装置,月维护时间减小到数小时,光学仪器发生故障的平均时间间隔能够提高到几百小时,辛烷值测量范围增宽,重复性偏差小于0.1,该厂借助于近红外分析系统对乙烯蒸汽裂解炉的进料进行高频监测和优化,年收益百万美元,分析设备的投资可很快回收,还有利于下游分馏塔的稳定操作 尽管NIR预测的重复性很好,在数学模型的设计上仍要谨慎从事。因为近红外技术用于石油物流性质的预测是基于ASTM系列测定的二次方法,NIR模型只有在其适用范围内,才能获得与ASTM测试一样的准确性,当对象物流由于进料、工艺等原因偏离原模型的适用范围时,NIR模型必须重新标定。 如何提取NIR光谱和目标性质的统计关系是这门技术软件方面的关键。一些典型的数学方法有主因子分析(PCA)、偏最小二乘法(PLS)、多元线性回归(MLR)、判别分析(DA)、聚类分析和人工神经网络(ANN)等,这些基本属于计量化学问题。一个有工业价值的模型,是基于工艺、产品、光谱和数学知识,适用范围宽、预测准确、重复性好、易于维护的模型。 与国外近红外技术的应用相比,国内做的工作还很不够,红外光谱的应用主要停留在中红外光谱的定性分析上,计量化学方法的使用还较少。毋庸质疑,NIR的最大收益将来自在线监测,需要控制环节的配套投资。但是,诸如减少辛烷值测试频度的离线应用,投入小,见效快,还可为在线应用积累经验,完全可在现有试验室基础上开展。就硬件方面,国外较新的红外仪器都具备或可括充至近红外波段,数据可转至微机处理,也有具备条件的国产仪器开始推出。 由于近红外光谱数据处理的复杂性,表1所示众多性质模型的建立和维护将是一个瓶颈问题,本课题的目的在于,将传统计量化学模型与人工神经网络模型结合起来,探索通用性、鲁棒性好,易于推广使用的NIR建模方法和计算程序,促进近红外技术在石化生产中的应用。 由于辛烷值预测在石油化工中的重要作用,本工作的试验和理论工作集中于汽油辛烷值与近红外光谱的关系,但是所建立的方法毫无疑问可推广到其它油品质量指标与近红外光谱的模型关联,只要这些质量指标与红外光谱存在内在联系。同样这些方法也可应用到中红外光谱。

地物光谱反射率的野外测定

实验一 地物光谱反射率的野外测定 一、实验目的 1、学习地物光谱的测定方法 2、认识地物光谱反射率的规律 3、掌握绘制地物反射光谱曲线的方法 二、原理及方法 地物光谱反射率的野外测定原理主要是利用电磁辐射和各地物光谱特征进行测定(参照课本)。 实验采用垂直测量方法,计算公式为: ()()()() λρλλλρs Vs V ?= 式中, ()λρ为被测物体的反射率,()λρs 为标准板的反射率,()λV ,()λVs 分别为测量 物体和标准板的仪器测量值。 三、实验仪器 1、可见光-近红外光谱辐射计,波长范围0.4—2.5μm(有0.4—1.1μm 或1.3—2.5μm 二种仪器),仪器性能稳定,携带方便,数据提取容易。表1.1列出了目前常用的光谱仪。 2、标准参考板(白板或灰板)。 表1.1常见的光谱辐射仪

四、实验步骤 1、测量目标和条件的选择 环境:无严重大气污染,光照稳定,无卷云或浓积云,风力小于3级,避开阴影和强反射体的影响(测量者不穿白色服装)。 时间:地方时9:30—14:30。 取样:选择物体自然状态的表面作为观测面,取样面积大于地物自然表面起伏和不均匀的尺度,被测目标面要充满视场。 标准板:标准板表面与被测地物的宏观表面相平行,与观测仪器等距,并充满仪器视场,保证板面清洁。 2、记录测量目标基本信息 主要内容如下: 土壤:土类、土属、土种;地貌类型、成土母质、侵蚀状况;干湿度、粗糙度等。 植被:植物名称、所属类别、覆盖率、生长状况、叶色、高度等。 水体:水体名称、水体状况、水色、水温、透明度、泥沙含量、叶绿素含量、污染状况等。 人工目标:目标名称、内容描述、估算面积、几何特征、表面颜色、坡度、坡面等。 岩矿:岩矿名称、所属类别、植被覆盖及名称、土壤覆盖及名称、岩矿露头面积、所属构造、地质年代、风化状况等。 3、记录环境参数 主要内容如表1.2,内容由教学教师定,制成表格填写。见附表。 4、安装仪器开始测试 ①对准标准板,读取数据为Vs。 ②移开标准板对准地物,读取数据Vg。 ③重复步骤①②,测量5—9次,记录数据,计算平均值。 ④更换目标,做好信息记录,重复①—③步骤。 ⑤整理数据,根据上述公式计算反射率 ()λ ρg ,标准 ()λ ρs 为已知值。 仪器安装注意事项: 测量高度:仪器保持水平架设,离被测地物表面距离不小于1m。 几何关系:仪器轴线与天顶的倾斜角<±2°,标准面水平放置。

地物光谱反射率的测定

山西师范大学实验报告 时间:2011年9月20日 学院:城环学院班级:0904班姓名:任红霞实验名称:地物光谱反射率的测定气压:常压温度:15℃ 实验目的: 1.学习地物光谱反射率的测定方法; 2.认识地物光谱反射率的规律。 实验仪器: 1.便携式地物波谱仪 2.标准参考板 实验步骤: 1.光谱仪、计算机充电。 2.连接电池、网线、探头电源、光纤,准备好白板。 3.打开光谱仪电源,然后打开计算机电源,并启动RS3软件。 4.在软件上调整光谱平均、暗电流平均和白板采集平均次数。 5.在软件中选择或填写需要存储数据的路径、名称和其他内容。 6.开始测量: (1)打开探头电源,探头放在白板上面,点击OPT优化; (2)探头仍然对准白板,点击WR采集参比光谱。此时,软件自动进入反射率测量状态。 (3)探头移向被测目标的测量位置,按空格键存储采集到的目标反射光谱。7.先关闭计算机再关闭仪器。 8.分析实测结果: (1)准确绘出地物光谱反射率曲线;

玄武岩反射率曲线 页岩反射率曲线 (2)根据地物光谱反射率曲线,比较地物光谱曲线特征; -2000 0200040006000 8000100003504445386327268209141008110211961290138414781572166617601854194820422136223023242418 wavelength D N 玄武岩页岩 通过图片可以明显看出,玄武岩和页岩在不同波段有相同的变化规律,而玄武岩的反射率在各波段普遍低于页岩.

(3)分析实习过程中可能引起误差的因素。 在波长为1000纳米及1850纳米附近,曲线有较大的跳跃,造成这样现象的原因,可能是由于预热时间不充足,电压不稳定,也有可能是由于不同波段的光纤出现交叉.

硅光电二极管的光谱响应测量及其响应时间研究

Modern Physics 现代物理, 2020, 10(5), 73-78 Published Online September 2020 in Hans. https://www.doczj.com/doc/a112307740.html,/journal/mp https://https://www.doczj.com/doc/a112307740.html,/10.12677/mp.2020.105008 硅光电二极管的光谱响应测量及其响应 时间研究 曾丽娜,李林*,李再金,杨红,李功捷,赵志斌,李志波,乔忠良,曲轶,刘国军 海南师范大学,物理与电子工程学院,海南省激光技术与光电功能材料重点实验室,海南海口 收稿日期:2020年8月11日;录用日期:2020年8月27日;发布日期:2020年9月3日 摘要 在气流和温度稳定,卤素灯照明为背景光的环境下,当硅光电二极管未达到最大响应时测量了硅光电二极管对入射光波长为400 nm至1050 nm的光谱响应。分析了硅光电二极管的光谱响应的影响条件和硅光电二极管的光谱响应规律。在测光电路中采用不同的负载电阻和偏置电压测试硅光电二极管的响应时间,解释了硅光电二极管的物理特性。 关键词 硅光电二极管,光谱响应,时间响应 Study on Measurement of Spectral Response and Response Time of Silicon Photodiodes Lina Zeng, Lin Li*, Zaijin Li, Hong Yang, Gongjie Li, Zhibin Zhao, Zhibo Li, Zhongliang Qiao, Yi Qu, Guojun Liu Key Laboratory of Laser Technology and Optoelectronic Functional Materials of Hainan Province, College of Physics and Electronic Engineering, Hainan Normal University, Haikou Hainan Received: Aug. 11th, 2020; accepted: Aug. 27th, 2020; published: Sep. 3rd, 2020 Abstract The spectral response of Silicon photodiodes with incident light wavelengths of 400 nm to 1050 nm is measured when Silicon photodiodes do not reach maximum response in the background *通讯作者。

植物反射波谱特征

健康的绿色植被的光谱反射特征 地面植物具有明显的光谱反射特征,不同于土壤、水体与其她的典型地物,植被对电磁波的响应就是由其化学特征与形态学特征决定的,这种特征与植被的发育、健康状况以及生长条件密切相关。 在可见光波段内,各种色素就是支配植物光谱响应的主要因素,其中叶绿素所起的作用最为重要。健康的绿色植被,其光谱反射曲线几乎总就是呈现“峰与谷”的图形,可见光谱内的谷就是由植物叶子内的色素引起的。 例如叶绿素强烈吸收波谱段中心约0、45um与0、67um(常称这个谱带为叶绿素吸收带)的能量。植物叶子强烈吸收蓝区与红区的能量,而强烈反射绿区能量,因此肉眼觉得健康的植被呈绿色。除此之外,叶红素与叶黄素在0、45um(蓝色)附近有一个吸收带,但就是由于叶绿素的吸收带也在这个区域内,所以这两种黄色色素光谱响应模式中起主导作用。 如果植物受到某种形式的抑制而中断了正常的生长发育,它会减少甚至停止叶绿素的产生。这将导致叶绿素的蓝区与红区吸收带减弱,常使红波段反射率增强,以至于我们可以瞧到植物变黄(绿色与红色合成)。 从可见光区到大约0、7um的近红外光谱区,可瞧到健康植被的反射率急剧上升。在0、7-1、3um区间,植物的反射率主要来自植物叶子内部结构。 健康绿色植物在0、7-1、3um间,的光谱特征的反射率高达(45%-50%),透过率高达(45%-50%),吸收率低至(<5%)。植物叶子一般可反射入射能量的 40%-50%,其余能量大部分透射过去,因为在这一光谱区植物叶子对入射能量的吸收最少(一般少于5%)。 在光谱的近红外波段,植被的光谱特性主要受植物叶子内部构造的控制。在可见光波段与近红外波段之间,即大约0、76um附近,反射率急剧上升,形成“红边”现象,这就是植物曲线的最为明显的特征,就是研究的重点光谱区域。 许多种类的植物在可见光波段差异小,但近红外波段的反射率差异明显。同时,与单片叶子相比,多片叶子能够在光谱的近红外波段产生更高的反射率(高达85%),这就是因为附加反射率的原因,因为辐射能量透过最上层的叶子后,将被第二层的叶子反射,结果在形式上增强了第一层叶子的反射能量。

不同积雪及雪被地物光谱反射率特征与光谱拟合_张佳华

专题二地表反照率 不同积雪及雪被地物光谱反射率特征与光谱拟合 张佳华1* 周正明1王培娟1沙依然2许云1孟倩文1 (1. 中国气象科学研究院,北京100081;2. 新疆气候中心,乌鲁木齐,830002) 摘要:积雪覆盖是影响全球气候、水循环的重要特征参数,准确测量和分析积雪光谱特征是提高遥感反演积雪特征的重要途径。本文在试验场基于野外光谱辐射仪测定了北京地区多种地表积雪和雪被地物的光谱,并对测得光谱数据进行分析。结果表明,对于纯雪光谱,反射率的峰值明显集中在从可见光波段到800n m 波段位置,积雪光谱具有反射率稳定较高的特点;在1030nm附近,光谱出现了一个明显的吸收谷。由于水的强吸收,积雪光谱在1500nm和2000nm附近的反射率几乎降到了0;在300-1300nm、1700-1800nm、2200-2300nm处,老雪和融化的雪反射峰比起新雪有不同程度的下降,最低为压实冻结的冰雪。对积雪和植被混合象元的光谱特性分析表明:雪被地物(包括覆有积雪的松叶和有积雪背景的松叶),由于受积雪的影响下,在350-1300nm光谱的反射率有所增加,但主要的植被光谱特性仍然保留得比较完整。最后,本文依据积雪、植被和混合光谱的定量分析,建立了混合光谱的拟合方程,结果显示模拟的混合光谱与实测光谱有较好的相关性(复相关系数R2=0.952)。 关键词:积雪; 光谱特征; 光谱拟合; ASD野外光谱仪 Spectrum reflectance characteristics of different snow and snow –covered land surface objects and mixed spectrum fitting ZHANG Jia-hua1*,ZHOU Zheng-ming1 , WANG Pei-juan1, SHA Yi-ran2, XUN Yun1, MENG Qian-wen1 (1. Chinese Academy of Meteorological Sciences, Beijing 100081,China; 2. Xinjiang Climate Center of, Urumqi,830002, China ) *通讯作者简介:张佳华 联系方式:zhangjh@https://www.doczj.com/doc/a112307740.html, 33

典型植物的光谱曲线有什么样的特点

典型植物的光谱曲线有 什么样的特点 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】

典型植物的光谱曲线有什么样的特点举例说明影响植物光谱曲线特征的因素有哪些 特点:微米有一个蓝光的吸收带,微米处有一个绿光的反射波峰,微米处有一个红光的吸收带。在微米、微米和微米处是水的吸收带,形成波谷。 原因:微米有一个蓝光的吸收带,微米处有一个绿光的反射波峰,微米处有一个红光的吸收带。这表明,叶绿素对蓝光和红光的吸收作用强,而对绿色的反射作用强。 在近红外波段的到微米之间有一个反射的陡坡,微米附近有一个峰值,形成植被的独有特征。这是由于植被叶子的细胞结构的影响,除了吸收和透射的部分以外而形成的高反射率。 在近红外波段到微米,是因为受绿色植物含水量的影响,吸收率增大,反射率下降。特别是在微米、微米和微米处,形成水的吸收带。 植物波谱特征的因素:除了以上述及的含水量以外,还与植物种类、季节、病虫害等密切相关。

影像因素季节病虫害植物种类右图为桷树、松树、桦树及草的波谱特 性曲线。可看出草在0.7微米后的波段 反射率较其他树种高。不同植物在不同 波段表现出来的特征不同。植物种类不同,其形状、叶片的形态及 叶片数量、叶片的氮磷钾含量、叶表反 射率也是不尽相同的,相应的,其波谱 特征也就不尽相同 右图为冬小麦在不同生长阶段的波谱特性曲线。由图看出,冬小麦的不同生长阶段的波谱特征是不同的。 这是因为在植物生长的不同阶段,其氮 磷钾含量、颜色的不同,导致了对不同 波段的反射率有所差异。 从图可知,植物所受灾害的程度不同,其波谱特征也是不同的。这是因为受灾的程度不同,植物的氮磷 钾比例、叶片面积、叶表的颜色及其反 射率会有所变化。 特点图像

光电探测器光谱响应度和响应时间的测量(刘1)

光电探测器光谱响应度的测量 光谱响应度是光电探测器的基本性能之一,它表征了光电探测器对不同波长入射辐射的响应。通常热探测器的光谱响应比较平坦,而光子探测器的光谱响应却具有明显的选择性。一般情况下,以波长为横坐标,以探测器接受到的等能量单色辐射所产生的电信号的相对大小为纵坐标,绘出光电探测器的相对光谱响应曲线。典型的光子探测器和热探测器的光谱响应曲线如图1-1所示。 一、实验目的 (1)加深对光谱响应概念的理解; (2)掌握光谱响应的测试方法; (3)熟悉热释电探测器和硅光电二极管的使用。 二、实验内容 (1)用热释电探测器测量钨丝灯的光谱辐射特性曲线; (2)用比较法测量硅光电二极管的光谱响应曲线。 三、基本原理 光谱响应度是光电探测器对单色入射辐射的响应能力。电压光谱响应度()λV ?定义为在波长为λ的单位入射辐射功率的照射下,光电探测器输出的信号电压,用公式表示,则为 ()()() λλλP V V = ? (1-1) 而光电探测器在波长为λ的单位入射辐射功率的作用下,其所输出的光电流叫做探测器的电流光谱响应度,用下式表示 ()()() λλλP I i = ? (1-2) 式中, P (λ)为波长为λ时的入射光功率;V (λ)为光电探测器在入射光功率P (λ)作用下的输出信号电压;I (λ)则为输出用电流表示的输出信号电流。为简写起见,()λV ?和()λi ?均可以用()λ?表示。但在具体计算时应区分()λV ?和()λi ?,显然,二者具有不同的单位。 通常,测量光电探测器的光谱响应多用单色仪对辐射源的辐射功率进行分光来得到不同波长的单色辐射,然后测量在各种波长辐射照射下光电探测器输出的电信号V (λ)。然而由于实际光源的辐射功率是波长的函数,因此在相对测量中要确定单色辐射功率P (λ)需要利用参考探测器(基准探测器)。即使用一个光谱响应度为()λf ? 的探测器为基准,用同一波长的单色辐射分别照射待测探测器和基准探测器。由参考探 测器的电信号输出(例如为电压信号)()λf V 可得单色辐射功率()()()λλλ?=f V P ,再通过(1-1)式计算即可得到待测探测器的光谱响应度。 本实验采用图1-2所示的实验装置。用单色仪对钨丝灯辐射进行分光,得到单色光功率P (λ)。 图1-2 光谱响应测试装置图 这里用响应度和波长无关的热释电探测器作参考探测器,测得P (λ)入射时的输出电压为()λf V 。若用 f ?表示热释电探测器的响应度,则显然有

光谱响应解读

太阳能电池的光谱灵敏度是短路光谱电流密度与光谱福照度的比值 光谱响应 (1)指光阴极量子效率与入射波长之间的关系. (2)光谱响应表示不同波长的光子产生电子-空穴对的能力。定量地说,太阳电池的光谱响应就是当某一波长的光照射在电池表面上时,每一光子平均所能收集到的载流子数。太阳电池的光谱响应又分为绝对光谱响应和相对光谱响应。各种波长的单位辐射光能或对应的光子入射到太阳电池上,将产生不同的短路电流,按波长的分布求得其对应的短路电流变化曲线称为太阳电池的绝对光谱响应。如果每一波长以一定等量的辐射光能或等光子数入射到太阳电池上,所产生的短路电流与其中最大短路电流比较,按波长的分布求得其比值变化曲线,这就是该太阳电池的相对光谱响应。但是,无论是绝对还是相对光谱响应,光谱响应曲线峰值越高,越平坦,对应电池的短路电流密度就越大,效率也越高。 (3)太阳电池并不能把任何一种光都同样地转换成电。例如:通常红光转变为电的比例与蓝光转变为电的比例是不同的。由于光的颜色(波长)不同,转变为电的比例也不同,这种特性称为光谱响应特性。光谱响应特性的测量是用一定强度的单色光照射太阳电池,测量此时电池的短路电流,然后依次改变单色光的波长,再重复测量以得到在各个波长下的短路电流,即反映了电池的光谱响应特性。 (4)光谱响应特性与太阳电池的应用:从太阳电池的应用角度来说,太阳电池的光谱响应特性与光源的辐射光谱特性相匹配是非常重要的,这样可以更充分地利用光能和提高太阳电池的光电转换效率。例如,有的电池在太阳光照射下能确定转换效率,但在荧光灯这样的室内光源下就无法得到有效的光电转换。不同的太阳电池与不同的光源的匹配程度是不一样的。而光强和光谱的不同,会引起太阳能电池输出的变动。[1] 什么是光谱响应 悬赏分:0 | 解决时间:2010-11-4 00:08 | 提问者:匿名 什么是光谱响应 最佳答案 光谱响应指光阴极量子效率与入射波长之间的关系 光谱响应表示不同波长的光子产生电子-空穴对的能力。定量地说,太阳电池的光谱响应就是当某一波长的光照射在电池表面上时,每一光子平均所能收集到的载流子数。太阳电池的光谱响应又分为绝对光谱响应和相对光谱响应。各种波长的单位辐射光能或对应的光子入射到太阳电池上,将产生不同的短路电流,按波长的分布求得其对应的短路电流变化曲线称为太阳电池的绝对光谱响应。如果每一波长以一定等量的辐射光能或等光子数入射到太阳电池上,所产生的短路电流与其中最大短路电流比较,按波长的分布求得其比值变化曲线,这就是该太阳电池的相对光谱响应。但是,无论是绝对还是相对光谱响应,光谱响应曲线峰值越高,越平坦,对应电池的短路电流密度就越大,效率也越高。

几个典型颜色的光谱反射率曲线

bc=380:10:730; data=[5.37 8.44 11.44 12.37 12.43 12.30 12.19 12.04 11.86 11.58 11.24 10.94 10.61 10.26 9.93 9.84 10.13 10.86 12.30 14.79 21.49 32.18 39.65 42.77 43.76 43.86 43.76 43.56 43.46 43.07 42.72 42.43 42.25 42.02 41.72 41.55 3.33 4.94 6.25 6.90 7.27 7.69 8.33 9.31 10.93 14.02 18.84 23.89 28.42 32.50 34.83 33.53 29.91 2 5.14 20.04 15.65 11.93 8.74 6.10 4.38 3.49 3.05 2.79 2.58 2.47 2.48 2.63 2.88 3.17 3.38 3.33 3.24 5.02 9.73 17.92 24.85 28.13 31.79 37.19 42.99 48.73 54.68 57.69 57.36 53.72 47.53 39.61 31.37 24.20 18.07 13.06 9.70 7.69 6.54 5.64 5.00 4.70 4.57 4.53 4.66 4.95 5.12 5.03 4.78 4.45 4.20 4.41 5.19 1.42 1.65 1.76 1.83 1.82 1.86 1.93 2.03 2.11 2.21 2.34 2.58 3.21 5.90 12.10 18.07 21.00 22.29 23.49 2 4.86 2 5.59 25.78 25.65 25.41 25.17 24.92 24.72 24.54 24.44 24.20 24.00 23.82 23.73 23.62 23.48 23.39 ]; hold on plot(bc,data(1,:),'-',... bc,data(2,:),'*-',... bc,data(3,:),':',...

各种物质漫反射光谱的测定

093858 张亚辉 应化 实验三:各种物质漫反射光谱的测定 一.实验目的 通过各种样品的紫外-可见漫反射光谱测定,掌握紫外-可见漫反射原理,熟悉InstantSpec BWS003的使用。 二.实验原理 光是一种电磁辐射,具有波粒二相性。太阳光是全色光,人眼只能看到380-750nm 的光,称为可见光。 紫外-可见漫反射光谱与紫外-可见吸收光谱相比,所测样品的局限性要小很多。后者符合朗伯-比尔定律,对透射光进行分析,溶液必须是稀溶液才能测量,否则将破坏吸光度与浓度之间的线性关系。而前者,紫外-可见漫反射光谱则可以浑浊溶液、悬浊溶液及固体和固体粉末等,试样产生的漫反射符合Kublka —Munk 方程式 式中K -吸收系数 S -为散射系数 R∞ 表示无限厚样品的反射系数R 的极限值,其数值为一个常数。 实际上,反射系数R 通常是采用与一已知的高反射系数的标准物质(本实验采用PTFE ,其反射系数在紫外可见光区高达98%左右)比较来测量,测定R∞(样品)/ R∞(标准物质)比值,将此比值对波长作图,构成一定波长范围内该物质的反射光谱。 积分球是漫反射测量中的常用附件之一.其内表面的漫反射物质反射系数高达98%,使得光在积分球内部的损失接近零。漫反射光是指从光源发出的光进入样品内部,经过多次反射、折射、散射及吸收后返回样品表面的光。这些光在积分球内经过多次漫反射后到达检测器. 2(1)/2/R R K S ∞∞ -=

三.实验仪器和试剂 1.InstantSpec BWS003 紫外可见漫反射光谱仪; 2.有颜色的纸张;

3.不同颜色的树叶; 4.手臂上的某处皮肤(测试者自己选择)。 四.实验步骤 1.双击打开软件,从菜单栏中选择“Option”-“Enable Reference Material File”-“Set”。 2. 设置“Integration Time”为800。 3. 点击“Open FlashLight”。 4. Dark scan (1)将port reducer装在取样口,拧紧螺丝; (2)将light trap罩在取样口上。 (3)点击软件上的“dark scan”。 5. Reference scan] (1) 将Spectralon Reference Standard(参比)放置在样品口 (2)点击“Reference Scan”。 6. Sample scan (1)取下参比,将样品放置在取样口,点击“Acquire one Spectrum”; (2)选择“%T/R”得到漫反射光谱曲线。 (3)换另一个样品,点击“Acquire Overlay”得到该样品的漫反射光谱曲线。 五.数据处理 以λ为横坐标,R%为纵坐标作所测样品的反射光谱图。 1)下面为红、黄、蓝三种纸片的漫反射光谱图 从图中可看出红黄蓝分别在其对应波长处的反射率最大,并且各种颜色对应的最

地物光谱反射率分析

实习报告 实习题目:地物光谱测定 实习时间,地点:天山堂前面空地贺兰堂地信专业机房 实习目的:认识地物光谱反射率的规律,分析典型地物的光谱特征 使用仪器:地物光谱分析仪 测量目标的基本信息:草地,裸地,水泥路,红灌丛,绿灌丛 环境参数表:气温:18度 实习内容,实习步骤:1. 用ASD软件打开外业测量地物光谱数据,去除十条曲线中明显异常曲线 打开ASD软件→file→open→选中测得的十条曲线→打开→选择加载的十条数据→view→graph data→在空白处右击→customization dialog→axis→min/max(设置max为1),根据图形删除其中一条或多条异常曲线(在目录中直接删除) 2.对符合条件的地物光谱曲线进行处理(导出每种地物的JPG、tab和平均值.mn数据) ①加载符合条件的曲线(方法与步骤1相同)→export→分别

选择jpg,设置输出路径和文件名,点击export即可 ②求每种地物的平均值曲线 Process→statistics→选择mean→设置输出路径和文件名即可 对于上述导出的平均值曲线,点击export→分别选择text格式,设置输出路径和文件名,点击export即可导出.dat文件 3.处理数据 ①对每种地物的jpg文件,只需要分析其曲线特征(联系地物实际特性来分析其在可见光(380-760nm)和近红外(760-1500nm)之间的光谱特征) ②将上述的dat文件(五个)分别用excel打开,并且计算红、绿、蓝波段的平均值,蓝光101-171,绿光171-251,红光281-341,将计算好的五组数据放入新的excel表中,并绘制折线图 ③将步骤2中的各种地物平均值数据在ASD中打开,方法如步骤1所示,并将其按照jpg格式导出,并对其进行分析。 反射率曲线及分析:

你看得懂颜色的光谱反射率曲线吗(干货)

你看得懂颜色的光谱反射率曲线吗?(干货) 这周主要介绍光谱反射率曲线。今天先介绍如何根据光谱反射率曲线判断颜色。而颜色又分为彩色和非彩色,以下逐一分析: 1、彩色与非彩色的概念 2、非彩色的特征 3、彩色的三种判断方法:峰值法、补色法、混合法 1彩色与非彩色的概念 我们知道人眼能感知到的光的平均波长,只有380nm到750nm,称为「可见光」。这些仅仅是光这偌大范围中的一小部分。相比之下,这个部分似乎很小,但仅仅这一部分,已经足够为我们的视觉和思维提供一幅奇幻的空间。 我们可以辨别出可见光谱中的一千万种区别。当我们看见了全部范围的可见光,或者说各个波长的可见光比例都一样,眼睛就会读出「白色」或者说「非彩色」。当某些光波消失时,眼睛就会读出「彩色」(根据补色原理,我们看到消失光波颜色的补色)。2非彩色 没有色相的白色,灰色,黑色物体的光谱反射率曲线都是比较平缓的曲线,反射出来的各个波长的光都一样,反射比例高就是白色,反射比例低成为黑色,反射比例居中,就是灰色。如下图所示。

▲白色 ▲灰色 ▲黑色3彩色 有色相的彩色物体的光谱反射率曲线可以看到明显的高低 起伏。因为某些波长的光被物体吸收掉,物体能反射该波长的光的比例就小。而没有被物体吸收掉的光大部分被反射出来,比例就大。 (1)峰值法——最容易理解,有特征峰。峰值就是占最大比例的波长,显示出来的颜色当然是该峰值所在的波长的颜色。 ▲蓝色 ▲绿色 (2)补色法——也很容易理解,被吸收的补色,看特征谷。被吸收的波长少,而反射出来的波长种类多时,可以采用这种方法——反射出来的光的颜色就是被吸收的波长的补色。例如:红色,是因为物体吸收了蓝和绿光,即青色。▲红色黄色,是因为物体吸收了蓝光。 ▲黄色 而橙色是由红黄的混合而来,特征居于红黄之间。▲橙色(3)混色法:一般只针对红紫色。因为由于红紫色(purple)是非光谱色,也就是说没有代表该颜色的波长的光。但是色环的定义是每个颜色都跟该颜色相邻的颜色相近,而且色环

地物光谱反射率的测定

地物光谱反射率的测定 山西师范大学实验报告 时间:2011年9月20日 学院:城环学院班级:0904班姓名:任红霞实验名称:地物光谱反射率的测定气压:常压温度:15? 实验目的: 1(学习地物光谱反射率的测定方法; 2(认识地物光谱反射率的规律。 实验仪器: 1(便携式地物波谱仪 2(标准参考板 实验步骤: (光谱仪、计算机充电。 1 2(连接电池、网线、探头电源、光纤,准备好白板。 3(打开光谱仪电源,然后打开计算机电源,并启动RS3软件。 4(在软件上调整光谱平均、暗电流平均和白板采集平均次数。 5(在软件中选择或填写需要存储数据的路径、名称和其他内容。 6(开始测量: (1)打开探头电源,探头放在白板上面,点击OPT优化; (2)探头仍然对准白板,点击WR采集参比光谱。此时,软件自动进入反射率测量状态。 (3)探头移向被测目标的测量位置,按空格键存储采集到的目标反射光谱。 7(先关闭计算机再关闭仪器。 8(分析实测结果:

(1)准确绘出地物光谱反射率曲线; 玄武岩反射率曲线 页岩反射率曲线 (2)根据地物光谱反射率曲线,比较地物光谱曲线特征; 页岩和玄武岩光谱曲线比较 玄武岩 页岩10000 8000 6000 DN4000 2000

350-2000 444wavelength538 632 通过图片可以明显看出,玄武岩和页岩在不同波段有相同的变化规律,而726 820玄武岩的反射率在各波段普遍低于页岩. 914 1008 1102 1196 1290 1384 1478 1572 1666 1760 1854 1948 2042 2136 2230 2324 2418 (3)分析实习过程中可能引起误差的因素。 在波长为1000纳米及1850纳米附近,曲线有较大的跳跃,造成这样现象的原因,可能是由于预热时间不充足,电压不稳定,也有可能是由于不同波段的光纤出现交叉.

典型植物的光谱曲线有什么样的特点

. 典型植物的光谱曲线有什么样的特点?举例说明 影响植物光谱曲线特征的因素有哪些? 特点:0.45微米有一个蓝光的吸收带,0.55微米处有一个绿光的反射波峰,0.67微米处有一个红光的吸收带。在1.45微米、1.95微米和2.7微米处是水的吸收带,形成波谷。 原因:0.45微米有一个蓝光的吸收带,0.55微米处有一个绿光的反射波峰,0.67微米处有一个红光的吸收带。这表明,叶绿素对蓝光和红光的吸收作用强,而对绿色的反射作用强。 在近红外波段的0.8到1.0微米之间有一个反射的陡坡,1.1微米附近有一个峰值,形成植被的独有特征。这是由于植被叶子的细胞结构的影响,除了吸收和透射的部分以外而形成的高反射率。 在近红外波段1.3到2.5微米,是因为受绿色植物含水量的影响,吸收率增大,反射率下降。特别是在1.45微米、1.95微米和2.7微米处,形成水的吸收带。 植物波谱特征的因素:除了以上述及的含水量以外,还与植物种类、季节、病虫害等密切相关。

影像因素季节病虫害植物种类右图为桷树、松树、桦树及草的波谱特 性曲线。可看出草在0.7微米后的波段 反射率较其他树种高。不同植物在不同 波段表现出来的特征不同。植物种类不同,其形状、叶片的形态及 叶片数量、叶片的氮磷钾含量、叶表反 射率也是不尽相同的,相应的,其波谱 特征也就不尽相同 右图为冬小麦在不同生长阶段的波谱特性曲线。由图看出,冬小麦的不同生长阶段的波谱特征是不同的。 这是因为在植物生长的不同阶段,其氮 磷钾含量、颜色的不同,导致了对不同 波段的反射率有所差异。 从图可知,植物所受灾害的程度不同,其波谱特征也是不同的。这是因为受灾的程度不同,植物的氮磷 钾比例、叶片面积、叶表的颜色及其反 射率会有所变化。 特点图像

光谱仪,光谱响应,辐射量,辐照度,辐射亮度,辐射率,光栅,辐射计

光谱仪简介 光谱仪( Spectroscope)是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器,由棱镜或衍射光栅等构成,利用光谱仪可测量物体表面反射的光线,。阳光中的七色光是肉眼能分的部分(可见光),但若通过光谱仪将阳光分解,按波长排列,可见光只占光谱中很小的范围,其余都是肉眼无法分辨的光谱,如红外线、微波、紫外线、X射线等等。通过光谱仪对光信息的抓取、以照相底片显影,或电脑化自动显示数值仪器显示和分析,从而测知物品中含有何种元素。这种技术被广泛地应用于空气污染、水污染、食品卫生、金属工业等的检测中。 将复色光分离成光谱的光学仪器。光谱仪有多种类型,除在可见光波段使用的光谱仪外,还有红外光谱仪和紫外光谱仪。按色散元件的不同可分为棱镜光谱仪、光栅光谱仪和干涉光谱仪等。按探测方法分,有直接用眼观察的分光镜,用感光片记录的摄谱仪,以及用光电或热电元件探测光谱的分光光度计等。单色仪是通过狭缝只输出单色谱线的光谱仪器,常与其他分析仪器配合使用。 图片 图中所示是三棱镜摄谱仪的基本结构。狭缝S与棱镜的主截面垂直,放置在透镜L的物方焦面内,感光片放置在透镜L的像方焦面内。用光源照明狭缝S,S的像成在感光片上成为光谱线,由于棱镜的色散作用,不同波长的谱线彼此分开,就得入射光的光谱。棱镜摄谱仪能观察的光谱范围决定于棱镜等光学元件对光谱的吸收。普通光学玻璃只适用于可见光波段,用石英可扩展到紫外区,在红外区一般使用氯化钠、溴化钾和氟化钙等晶体。目前普遍使用的反射式光栅光谱仪的光谱范围取决于光栅条纹的设计,可以具有较宽的光谱范围。 表征光谱仪基本特性的参量有光谱范围、色散率、带宽和分辨本领等。基于干涉原理设计的光谱仪(如法布里-珀罗干涉仪、傅立叶变换光谱仪)具有很高的色散率和分辨本领,常用于光谱精细结构的分析。 单色仪 科技名词定义 中文名称: 单色仪 英文名称: monochromator

光谱反射比是颜色最全面最准确的描述方式。基于光谱的颜 …

题目(中)基于光谱重构的颜色复现 姓名与学号李江 3110104345 指导教师徐海松 年级与专业光电1102 所在学院光电信息工程学系

基于光谱重构的图像复现 光谱反射比是颜色最全面最准确的描述方式。基于光谱的颜色复制,其技术核心是实现颜色的光谱数据描述,即采用不同波段范围内的光谱反射率或透射率来唯一标定颜色。颜色的光谱数据在任何条件下均是唯一的,光谱复制的颜色在视觉宽容度之内和大多数照明条件之下都是恒定不变的,这就保证了复制的颜色在不同的照明和观察条件下都能够精确呈现。 一、国内外现状(研究、应用) 1、研究: 基于自然界物质表面光谱分布多数连续并且可用几个基函数的线性组合来表示的原理, 颜色科学中的光谱重构问题主要研究如何由有限的几个色度分量(如RGB 、XYZ 等)重构颜色原有光谱,其常见方法有主元分析法(PCA)、多项式模型、人工神经网络(ANN)、离散傅里叶变换(DFT)、修正离散余弦变换(MDCT)等。 (1)主元分析法 主元分析法是一种统计意义上的特征提取方法,在颜色科学中已得到广泛研究,并成功应用于多种成像设备的图像光谱重构。反向传播(BP)神经网络是对非线性系统进行建模的重要方法之一。 一个光谱反射比样本可以用一个n 维列向量r = (x 1 ,x 2 ,… ,x n )T 来表示, n 表示采样点数目, x i 为对应采样波长的反射比, 所有的光谱反射比向量将分布在 一个n 维的光谱反射比空间中。假如获得q 个光谱反射比样本, 组成一个向量组R ={r 1 ,r 2 ,… , r q }。通过统计分析及线性运算获得R 的k 个非零特征基向量{e 1 , e 2 ,… , e k },k ≤n 以及对应的特征值{a 1 , a 2 ,… , a k }, k ≤n;R 中任意r 都是 k 个基向量的线性组合;a i 的大小反映了R 中所有样本在光谱反射比空间中基坐 标e i 上的变化幅度, 其值越大则变化越大, 即e i 对R 的贡献将越大;若将k 个特征 向量按对应特征值的降序排列, 定义前p 个基向量的累积方差贡献率V p 为 若V p 高达99.9%以上,那么R 中任一光谱反射比样本r 都可以由下式进行估计, 从 而达到数据压缩的目的: A E r p ?=, E P ={e 1 , e 2 ,… , e P }称为主元,A = (β 1 ,β 2 ,… ,βp )T 称为主元系数向量。 A 可以通过已知的光谱反射比样本R 计算得到:

实验一 地物光谱反射率的野外测定

实验一 地物光谱反射率的野外测定 一 实验目的 1、学习地物光谱的测定方法 2、认识地物光谱反射率的规律 3、掌握绘制地物反射光谱曲线的方法 二 原理及方法 地物光谱反射率的野外测定原理主要是利用电磁辐射和各地物光谱特征进行测定(参照课本)。 实验采用垂直测量方法,计算公式为: ()()() () λρλλλρs Vs V ?= 式中, () λρ为被测物体的反射率,()λρs 为标准板的反射率, () λV , () λVs 分别为测量 物体和标准板的仪器测量值。 三 实验仪器 1、可见光-近红外光谱辐射计,波长范围0.4—2.5μm(有0.4—1.1μm 或1.3—2.5μm 二种仪器),仪器性能稳定,携带方便,数据提取容易。表1.1列出了目前常用的光谱仪。 2、标准参考板(白板或灰板)。 表1.1常见的光谱辐射仪

四实验步骤 1、测量目标和条件的选择 环境:无严重大气污染,光照稳定,无卷云或浓积云,风力小于3级,避开阴影和强反射体的影响(测量者不穿白色服装)。 时间:地方时9:30—14:30。 取样:选择物体自然状态的表面作为观测面,取样面积大于地物自然表面起伏和不均匀的尺度,被测目标面要充满视场。 标准板:标准板表面与被测地物的宏观表面相平行,与观测仪器等距,并充满仪器视场,保证板面清洁。 2、记录测量目标基本信息 主要内容如下: 土壤:土类、土属、土种;地貌类型、成土母质、侵蚀状况;干湿度、粗糙度等。 植被:植物名称、所属类别、覆盖率、生长状况、叶色、高度等。 水体:水体名称、水体状况、水色、水温、透明度、泥沙含量、叶绿素含量、污染状况等。 人工目标:目标名称、内容描述、估算面积、几何特征、表面颜色、坡度、坡面等。 岩矿:岩矿名称、所属类别、植被覆盖及名称、土壤覆盖及名称、岩矿露头面积、所属构造、地质年代、风化状况等。 3、记录环境参数 主要内容如表1.2,内容由教学教师定,制成表格填写。见附表。 4、安装仪器开始测试 ①对准标准板,读取数据为Vs。 ②移开标准板对准地物,读取数据Vg。 ③重复步骤①②,测量5—9次,记录数据,计算平均值。 ④更换目标,做好信息记录,重复①—③步骤。 ⑤整理数据,根据上述公式计算反射率 ()λ ρg ,标 ()λ ρs 为已知值。 仪器安装注意事项: 测量高度:仪器保持水平架设,离被测地物表面距离不小于1m。 几何关系:仪器轴线与天顶的倾斜角<±2°,标准面水平放置。

光谱分析

实验数据(光谱):

使用仪器、物品:fieldspec pro光谱仪、电脑、白板、日光灯、光纤、绿叶、枯叶、红叶、碱土、正常植被土、水。 实验目的:1.学习地物光谱的测定方法 2.掌握地物光谱反射率的规律 3.掌握绘制地物反射光谱曲线的方法 实验原理:实验室测量常用分光光度计、仪器由微机控制,测量数据也直接传给计算机,分光光度计的测量条件是一定方向的光照射,半球接受,因此获得的反射率与野外测定有区别,室内测量时要有严格的样品采集和处理过程。为使所有数据能与航空、航天传感器所获得的数据进行比较,一般情况下测量仪器均使用垂直向下测量的方法,以便与多数传感器采集数据的方向一致。实际目标与标准板的测量值之比就是反射率之比。 实验采用垂直测量方法,计算公式为:(课本42页) 实验过程: 1、将光谱仪、光纤、电脑连接好,打开测光谱的配套软件,将光纤探头位置调到需要位置固定不动。 2、每种地物光谱测量前,对准标准参考板进行定标校准,得到接近100%的基线,然后对着目标地物测量;为使所测得的数据能与卫星传感器所获得的数据进行比较,的量仪器均垂直先下进行测量。 3、仪器向下正对着被测物体,至少保持与水平面的法线夹角在±10度之内,保持一定的距离,探头距离地面高度通常在 1.3m,以便获取平均光谱。视域范围可以根据相对高度和视场角计算。(注意事项:1、避免阴影:探头定位时必须避免阴影,人应该面向阳光,这样可以得到一致的测量结果。野外大范围测试光谱时,需要沿着阴影的反方向布置测点。2、白板反射校正:天气较好时每隔10分钟就要用白板校正一次,防止传感器响应系统的漂移和太阳入射角的变化影响,如果天气较差,校正应更频繁。校正时白板应放置水平。 4、测量白板反射能量值,得到接近100%的基线,然后对着目标地物测量。 5、存储数据。 6、将数据导入Excel表格,制作不同地物反射光谱曲线,曲线横坐标以nm为单位,表示波长,纵坐标是反射率。 结果分析与讨论: 一、土壤光谱对比分析: ⑴碱土光谱分析:从图中不难看出,从380nm~430nm随波长增加而逐渐上升,但反射率很低,反射率在0.5以下;430nm~780nm反射率呈平稳上升趋势,在近可见光波段反射率已达0.8;在近红外波段反射率增长比较缓慢。 ⑵正常植被土光谱分析:反射率非常低(几乎为零)。原因是土的颜色比较黑、含水量大、颗粒比较细、有机质含量大、光泽度低,这都在一定程度上影响了其反射率。

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