[发明专利]一种丰度值可控的草地混合光谱获取实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及高光谱定量遥感应用技术领域，具体是指一种丰度值可控的草地混合光谱获取实验方法，它用于草地混合像元分解模型建立和精度评价。

背景技术

草地类型的遥感监测不可避免地存在同一像元内不同草地类型并存的现象，如果不考虑混合像元问题必然会影响草地分类精度，进而影响草地初级生产力的估算精度，事实上，混合像元的分解也是定量遥感中必须解决的难点之一。多光谱图像分类技术认为一个像素仅仅包含某一类地面目标的信息,这种像素称为纯像素。但位于多类地物交界处的像元或纹理区域内的像元，由于地物散射等因素的影响，一个像元往往包含有多类地面目标的信息，这种像素称为混合像元。传统的分类方法对于较低精度要求的图像处理可以满足要求。而对于较高精度的遥感分析，如何有效地解译混合像元是关键问题之一，也一直是遥感应用研究的难点和热点问题。

光谱解混模型主要分为线性模型和非线性模型。线性混合模型（Linear Mixing Model,LMM）也是目前应用最广泛的光谱混合模型，其优点是物理意义明确、构模简单。与线性模型相比，非线性混合模型的建立和求解都相对比较困难，因此基于非线性混合模型的光谱解混研究较少。目前研究者提出的几种非线性解混模型主要有：高次多项式模型、几何光学模型、概率模型、模糊模型、神经网络模型。非线性模型中的高次多项式模型和几何光学模型考虑了多次散射过程。

在混合像元分解的研究过程中，对各种混合像元分解模型进行科学验证及评价，需要获取高精度的端元光谱值和像元内各端元丰度值真值，然而在实际操作时，由于空间分辨率等因素，很难从混合像元中准确获取高精度的端元光谱值，当像元中地物类型较为复杂时，各端元丰度值真值的获取也比较困难。

发明内容

基于上述已有技术存在的问题，本发明的目的是公开一种丰度值可控的草地混合光谱获取实验方法。在本发明的实验操作方法中，各种端元光谱获取较方便，各端元丰度值和草地类别数是可控参数，端元的空间拓扑结构也可以预先设定的，因此该方法能够获取大量的草地混合光谱数据，从而为光谱解混模型的构建提供大量训练样本数据（例如神经网络模型），并能很好地解决混合光谱分解模型验证及评价的难题。

其具体步骤是（图1）：

1）地物光谱仪裸光纤视场形状测定

地物光谱仪的视场形状是混合光谱分解实验设计中的一个关键因素，因此首先在室内对仪器视场形状进行测定，设计了一种“激光束干扰法”来测定光谱仪裸光纤的视场形状，方法如下：

（1）将一张上面画有直径为6cm、12cm和18cm同心圆的白色纸片置于暗室内，用60W卤素灯作为光源从45度入射方向照射白色纸片；

（2）固定裸光纤探头的位置在垂直于同心圆圆心上方40.6cm的位置，测量并记录在未加入干扰光源时白色纸片的DN值；

（3）用5mW、波长标定为630-680nm的红色激光笔的作为干扰光源，分别照射于白色纸片上18cm圆的外侧、18cm圆边界内侧、12cm圆边界处、6cm圆边界处、圆心处；。在每个圆边界上，取8个圆周等分点分别照射，观察并记录相应的视场内DN值，加入干扰光源前后视场内DN值变化如图2。

由DN值测量结果可以看出：当激光笔照射在d=18cm圆外侧的任意位置时，视场内的DN值大小无变化；当激光笔由d=18cm圆的边界外侧进入到边界内侧时，视场内的DN值在650nm附近的位置出现一个小的灰度峰值；当激光笔由d=18cm圆边界逐渐向d=12cm，d=6cm，d=0cm（圆心处）靠近的过程中，650nm附近的灰度峰值越来越大；灰度峰值的大小在每个圆周边界上的任意位置均相等。由上述结果可以得出结论：ASD光谱仪裸光纤探头视场为圆形的假设成立，视场的大小为h×tan（θ/2）（h为探头高度，θ为视场角），在视场内部能量呈放射状分布，即在圆心处能量最强，在圆心至视场边界处，能量呈逐渐减弱趋势。

该视场测定方法可推广至其它类型探测器视场形状的测定，视场形状也可假定为正方形、矩形等，其操作方法类似。

2）草地端元光谱的获取

选择2种（草的种类是可控参数，当种类>2时，操作方法类似）人工种植草皮（盖度、纯度均大于99%），分别切割成1m×1m的正方形，将仪器探头对准正方形草皮中心上方1m处，分别采集2种纯种草皮的光谱作为端元光谱。

3）不同混合比例下混合草地光谱的采集