一種用于地物波譜特性的測(cè)量裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于地物波譜特性的測(cè)量裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明之前，地物波譜輻射度或反射率隨波長(zhǎng)變化而改變的特性稱之為地物波譜特性。地物波譜特性測(cè)量基本上分為實(shí)驗(yàn)室測(cè)量和野外測(cè)量?jī)深?。目前，測(cè)定地物反射波譜特性的儀器有分光光度計(jì)、光譜儀、攝譜儀等。這類儀器一般由收集器、分光器、探測(cè)器和顯示記錄器組成。
[0003]為了實(shí)現(xiàn)較高精度的地物波譜測(cè)量，一般都需釆用昂貴、專用的儀器設(shè)備，而且其操作過程往往是十分繁復(fù)的。此外，大多數(shù)方法通常都是以非成像的方式進(jìn)行的。這種方法要求在儀器的觀測(cè)視場(chǎng)內(nèi)，地物樣品保持均勻，且要避免大面積的陰影存在。非成像方式測(cè)量對(duì)于野外測(cè)量，尤其是多角度的二向反射特性測(cè)量而言，顯得極為不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述現(xiàn)有的缺點(diǎn)，本發(fā)明的主要目的在于提供一種實(shí)用的用于地物波譜特性的測(cè)量裝置和方法，克服通常地物波譜特性測(cè)量方法的設(shè)備復(fù)雜、操作不便和適用范圍窄的缺點(diǎn)。
[0005]為達(dá)成以上所述的目的，本發(fā)明的一種用于地物波譜特性的測(cè)量裝置和方法采取如下技術(shù)方案:
一種用于地物波譜特性的測(cè)量裝置和方法，包括光源、分光器、數(shù)碼相機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)和計(jì)算機(jī)，其特征在于，把光源置于地物樣品上方，在轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)上端固定安裝有數(shù)碼相機(jī)，在數(shù)碼相機(jī)的光學(xué)鏡頭本體上安裝有分光器，所述分光器的光軸與數(shù)碼相機(jī)的光軸相重合，數(shù)碼相機(jī)通用串行總線與計(jì)算機(jī)相聯(lián)結(jié)。
[0006]測(cè)量之前，首先對(duì)數(shù)碼相機(jī)的物鏡光圈數(shù)、曝光時(shí)間參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，再對(duì)數(shù)碼相機(jī)的光譜響應(yīng)、噪聲特性、像元均勻性進(jìn)行光譜輻射定標(biāo)，用定標(biāo)的數(shù)據(jù)對(duì)地物進(jìn)行波譜特性的測(cè)量；測(cè)量時(shí)，首先將光源照在待測(cè)量的地物上，然后根據(jù)多角度測(cè)量需要選擇觀測(cè)視角(高低角和方位角)來調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)，使數(shù)碼相機(jī)的鏡頭對(duì)準(zhǔn)地物目標(biāo)，根據(jù)研究地物不同光譜特性的需要選擇分光器的光譜響應(yīng)波段或光譜帶寬，利用數(shù)碼相機(jī)的鏡頭分別收集所需地物和標(biāo)準(zhǔn)白板的光譜輻亮度信號(hào)，在數(shù)碼相機(jī)鏡頭的焦平面上聚焦生成圖像，由數(shù)碼相機(jī)內(nèi)的面陣CCD探測(cè)器獲取地物的圖像光信號(hào)，同時(shí)數(shù)碼相機(jī)內(nèi)的面陣冗CCD探測(cè)器把圖像光信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)序電信號(hào)，數(shù)碼相機(jī)內(nèi)的信號(hào)處理器把時(shí)序電信號(hào)模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，并以一定格式的數(shù)字圖像文件形式存儲(chǔ)在芯片中，最后，由數(shù)碼相機(jī)釆集數(shù)字圖像送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像采樣和處理，便可得到所需的地物波譜特性數(shù)據(jù)或曲線。
[0007]采用如上技術(shù)方案的本發(fā)明，具有如下有益效果:
采用成像方式，利用經(jīng)過定標(biāo)的、價(jià)格相對(duì)便宜的商品化數(shù)碼相機(jī)，以及個(gè)人計(jì)算機(jī)，就能實(shí)現(xiàn)過去只有利用價(jià)格昂貴的專門儀器裝置才能得到的較高精度的地物波譜特性數(shù)據(jù)。選用了目前商品化的普通數(shù)碼相機(jī)(Digital Camera)作為一種集探測(cè)器、收集器和顯示記錄器于一體的攝像測(cè)量系統(tǒng)。釆用數(shù)碼相機(jī)的模式設(shè)置、圖像釆集、傳輸和計(jì)算機(jī)處理等技術(shù)簡(jiǎn)便易行；具有可供選擇的光圈數(shù)、曝光時(shí)間，以及相對(duì)穩(wěn)定的焦平面光譜響應(yīng)特性。數(shù)碼相機(jī)可以用于精度較高和可重復(fù)性的測(cè)量，并且本發(fā)明一旦定標(biāo)后，便可用作簡(jiǎn)單的成像光譜測(cè)量系統(tǒng)。投入成本低廉、裝置簡(jiǎn)單實(shí)用、操作方便易行、測(cè)量精度較高。利用這一測(cè)量方法及裝置，既可以在實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境下進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)量，同時(shí)更適合于在野外條件下對(duì)于各種作物、植被、巖礦、水體、建筑物以及其它感興趣的地物進(jìn)行測(cè)量和研究。此外，由該方法構(gòu)成的測(cè)量裝置，不僅能用于地面測(cè)量，而且還能用于其它平臺(tái)，如氣球和直升飛機(jī)等等。這對(duì)于地物輻射現(xiàn)象研究、目標(biāo)探測(cè)、識(shí)別和分類及航空、航天遙感中目標(biāo)仿真研究等諸多領(lǐng)域的科學(xué)研究具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2是本發(fā)明實(shí)例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]為了進(jìn)一步說明本發(fā)明，下面結(jié)合附圖進(jìn)一步進(jìn)行說明:
如圖1和圖2所示，本發(fā)明一種用于地物波譜特性的測(cè)量裝置和方法。它包括光源1、分光器2、數(shù)碼相機(jī)3、轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)4和計(jì)算機(jī)5。光源I釆用溴鎢燈或自然光源如太陽和天空，光源作為測(cè)量裝置的照明來源；分光器2釆用一個(gè)濾光片組件，是一種可拆卸的分光器；數(shù)碼相機(jī)3釆用柯達(dá)公司生產(chǎn)的Kodak DC265變焦距彩色數(shù)碼相機(jī)；轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)4釆用陀螺轉(zhuǎn)臺(tái)或普通的三腳架云臺(tái)；計(jì)算機(jī)5采用臺(tái)式PC機(jī)或或便攜式電腦。
[0011]本發(fā)明的實(shí)施例:首先利用已知標(biāo)準(zhǔn)硅光電池探測(cè)器的絕對(duì)光譜響應(yīng)為Rs(λ )數(shù)據(jù)，調(diào)整單色儀的輸出波長(zhǎng)為λ，設(shè)單色儀出射狹縫的單色光輻亮度L(A)。對(duì)應(yīng)這一波長(zhǎng)，測(cè)得硅光電池輸出電流為isU)則有
is ( λ ) = Rs ( λ ) L ( λ )
把數(shù)碼相機(jī)放在單色儀的透鏡組50倍焦距以外，并對(duì)單色儀的出射狹縫譜拍照。設(shè)置數(shù)碼相機(jī)光圈數(shù)為F，曝光時(shí)間為t光譜響應(yīng)為R( λ )。對(duì)所得數(shù)字RGB圖象作8X8采樣并求得平均量化數(shù)字DN(A):
DN(A)= Ji/4F2.L(A).t.R(A)
由公式(I)、(2)，可求得該單色儀的輸出波長(zhǎng)λ對(duì)應(yīng)的數(shù)碼相機(jī)光譜響應(yīng)數(shù)據(jù): R(A)= 4F2/n.1/t.Rs(A).I/ “(λ).DN
其次，對(duì)數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行攝像模式設(shè)置，主要包括設(shè)定光圈數(shù)、曝光時(shí)間和圖像格式。在測(cè)量過程中，既可以釆用數(shù)碼相機(jī)內(nèi)部菜單驅(qū)動(dòng)的模式進(jìn)行，也可采用計(jì)算機(jī)控制觸發(fā)的模式進(jìn)行。
[0012]利用本發(fā)明進(jìn)行地物光譜輻亮度測(cè)量:
利用圖1所示的示意圖，可以用于測(cè)量地物的地物光譜輻亮度測(cè)量。由公式(2)，設(shè)地物光譜輻亮度為L(zhǎng)g ( λ )，可求得
Lg(A)= 4F2/jt.1/t.!/Rs(A).DNg(A) 式中，F(xiàn)l為拍攝時(shí)的光圈數(shù)，Tl為拍攝時(shí)的曝光時(shí)間，DNg(A)為處理后的地物量化數(shù)字對(duì)應(yīng)的光譜值。
[0013]利用本發(fā)明進(jìn)行地物光譜漫反射率測(cè)量:
利用公式(⑷，如果在同一條件下測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)白板的光譜量化數(shù)字DNW( λ )，則對(duì)于漫反射地物，可間接測(cè)得其光譜漫反射率，Pg(A)
Pg(A)= DNg(A)/ DNw(A)
利用本發(fā)明進(jìn)行地物二向反射率測(cè)量:
通常，地面大多數(shù)物體的反射特性會(huì)偏離理想Lambert漫射體的假設(shè)，同太陽光的入射角，以及遙感器的觀測(cè)視角密切相關(guān)。因而，地物的二向反射特性對(duì)于目標(biāo)的探測(cè)、識(shí)別和分類有十分重要的意義。尤其在航空和航天遙感領(lǐng)域，這一特性測(cè)量有著更為重要的應(yīng)用價(jià)值。
[0014]利用標(biāo)準(zhǔn)白板和上述裝置，對(duì)于每一太陽光入射角(Θ s，φ3)和數(shù)碼相機(jī)觀測(cè)視角(θν，Φν)，可以測(cè)得地物的二向反射率
P ( θ s, Φ5； θ V, Φν) = DNg( θ s, φ5； θ ν, φν)/ DNW。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于地物波譜特性的測(cè)量裝置和方法，包括光源、分光器、數(shù)碼相機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)和計(jì)算機(jī)，其特征在于，把光源置于地物樣品上方，在轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)上端固定安裝有數(shù)碼相機(jī)，在數(shù)碼相機(jī)的光學(xué)鏡頭本體上安裝有分光器，所述分光器的光軸與數(shù)碼相機(jī)的光軸相重合，數(shù)碼相機(jī)通用串行總線與計(jì)算機(jī)相聯(lián)結(jié)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于地物波譜特性的測(cè)量裝置和方法，其特征在于:測(cè)量之前，首先對(duì)數(shù)碼相機(jī)的物鏡光圈數(shù)、曝光時(shí)間參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，再對(duì)數(shù)碼相機(jī)的光譜響應(yīng)、噪聲特性、像元均勻性進(jìn)行光譜輻射定標(biāo)，用定標(biāo)的數(shù)據(jù)對(duì)地物進(jìn)行波譜特性的測(cè)量；測(cè)量時(shí)，首先將光源照在待測(cè)量的地物上，然后根據(jù)多角度測(cè)量需要選擇觀測(cè)視角(高低角和方位角)來調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)，使數(shù)碼相機(jī)的鏡頭對(duì)準(zhǔn)地物目標(biāo)，根據(jù)研究地物不同光譜特性的需要選擇分光器的光譜響應(yīng)波段或光譜帶寬，利用數(shù)碼相機(jī)的鏡頭分別收集所需地物和標(biāo)準(zhǔn)白板的光譜輻亮度信號(hào)，在數(shù)碼相機(jī)鏡頭的焦平面上聚焦生成圖像，由數(shù)碼相機(jī)內(nèi)的面陣CCD探測(cè)器獲取地物的圖像光信號(hào)，同時(shí)數(shù)碼相機(jī)內(nèi)的面陣冗CCD探測(cè)器把圖像光信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)序電信號(hào)，數(shù)碼相機(jī)內(nèi)的信號(hào)處理器把時(shí)序電信號(hào)模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，并以一定格式的數(shù)字圖像文件形式存儲(chǔ)在芯片中，最后，由數(shù)碼相機(jī)釆集數(shù)字圖像送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像采樣和處理，便可得到所需的地物波譜特性數(shù)據(jù)或曲線。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于地物波譜特性的測(cè)量裝置和方法，包括光源、分光器、數(shù)碼相機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)和計(jì)算機(jī)，其特征在于，把光源置于地物樣品上方，在轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)上端固定安裝有數(shù)碼相機(jī)，在數(shù)碼相機(jī)的光學(xué)鏡頭本體上安裝有分光器，所述分光器的光軸與數(shù)碼相機(jī)的光軸相重合，數(shù)碼相機(jī)通用串行總線與計(jì)算機(jī)相聯(lián)結(jié)。本發(fā)明投入成本低廉、裝置簡(jiǎn)單實(shí)用、操作方便易行、測(cè)量精度較高，同時(shí)更適合于在野外條件下對(duì)于各種作物、植被、巖礦、水體、建筑物以及其它感興趣的地物進(jìn)行測(cè)量和研究，同時(shí)對(duì)諸多領(lǐng)域的科學(xué)研究具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
【IPC分類】G01N21/17, G01J3/28
【公開號(hào)】CN105300519
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410369154
【發(fā)明人】袁博, 馮永強(qiáng)
【申請(qǐng)人】西安司坤電子科技有限公司
【公開日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2014年7月30日