1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
为满足海洋水色卫星遥感器在轨定标与真实性检验需求，研制了一套三通道同色散光路、同系统定标、同步观测的水体表观光学特性测量系统（WAOPAS）。WAOPAS的光谱范围覆盖350~900 nm，光谱分辨率优于3 nm，具备自动调节观测几何、自动增益积分时间、数据远程传输和自动预处理功能，可实现全天候无人值守观测。3台传感器采用相同的色散采集单元设计，使WAOPAS具有相同的光谱范围和采样间隔，分辨率最大差异为0.26 nm，保证了光谱测量匹配性。海面辐亮度、天空辐亮度及海面入射辐照度的快速同步多次采集，最小化了天空光变化和海面波动对测量精度的影响。辐亮度与辐照度采用同一定标系统、近同步定标方案，遥感反射比测量不确定度同步降低了0.34%~0.83%（比例系数K=1）。开展了与国际主流测量仪器的户外比对试验，结果验证了所研制系统的测量可行性。
海洋光学 表面之上法 遥感反射比 传感器
陆军工程大学电子与光学工程系, 河北 石家庄 050000
近年来, 随着**侦察识别技术的快速发展, 用于侦察探测的**装备已经逐步实现高精度化水平, 拥有高技术侦察手段的一方往往可以对目标实施精准打击, 大大降低战争胜利的成本。 在高光谱成像方面, 目前比较成熟的有卫星遥感和高空航空成像技术, 这两种成像方式侦察时间大致相同, 入射光方向基本一致, 并且由于高光谱设备基本垂直于地面, 因而反射光方向保持不变, 地物的BRDF系数比较固定。 在陆军应用时, 侦察时间随机, 太阳的入射角度时刻变化, 而且侦察的方向任意, 高光谱在地面或者近地位置, 探测方向变化无穷, 地物在不同成像条件下的光谱曲线受到物体表面的BRDF系数影响凸显。 通过展开不同的实验, 挑选了绿地植被和三种人造伪装材料, 细致的分析了太阳高度角、 方位角和探测角对陆基条件下地物光谱的影响。 实验结果表明, 虽然四种材料的反射特性存在差异, 但在不同的太阳高度角、 探测角以及探测器与地物的方位角上呈现相似的规律。 对于太阳高度角, 当探测角一定时, 人造伪装物光谱一般随着太阳高度角的变化整条光谱曲线都发生变化, 反射比曲线呈现出平移的规律, 而绿地植被在白光波段变化不很明显, 在近红外波段的变化很明显, 随着太阳高度角的升高先升然后降低; 对于方位角而言, 四种材料随着方位角的增大, 光谱反射比一般先升高后降低, 同时后向观测时的反射比一般比前向观测时大; 对于探测角, 三种材料的光谱反射比与探测角的关系并不很大, 但三种材料均在不同的探测角度上出现了“热点”现象。 最后, 对绿地植被和迷彩伪装板的BRDF模型参数进行了分析, 得到了其在不同方向上的反射规律。
高光谱成像 反射比 陆基 伪装 Hyperspectral imaging Reflectance Land-based Camouflage 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2956
齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266000
水体的遥感反射比光谱(Rrs(λ))是海洋水色遥感反演海洋生物地球光学参数的关键, 其定义是离水辐亮度与恰好水面之上的向下辐照度之比。 海洋水色卫星传感器接收到的总信号中90%是大气的贡献, 海洋水体贡献的离水辐亮度不足10%, 因此对接收的信号进行大气校正获得高精度的水体遥感反射比信号是海洋光学遥感的关键技术之一。 基于大量高质量的现场高光谱遥感反射比数据的基础上建立的Rrs(λ)光谱数据的质量评价体系QA(quality assurance), 可以通过计算Rrs的得分情况(QA score)很好地识别出有问题或可能错误的Rrs(λ)光谱。 GOCI(geostationary ocean color imager)是搭载在全球第一颗对地静止卫星COMS(communication ocean and meteorological satellite)上的主要传感器, 由韩国海洋卫星中心(KOSC)发射, 其高观测频次(8景观测数据/天)使生物地球化学参数的日变化监测成为可能。 KOSC研发了GDPS (GOCI data processing system)软件专门用于GOCI数据处理, 包括大气校正。 到目前为止已为全球用户免费提供GDPS1.1, GDPS1.2, GDPS1.3, GDPS1.4, GDPS1.4.1, GDPS2.0六个版本。 应用QA Score评价体系对于GDPS1.2, GDPS1.3, GDPS1.4.1, GDPS2.0四个版本在黄海海域处理得到的GOCI遥感反射比光谱数据的质量进行了评比。 结果发现GDPS1.2的Rrs数据被视为无效的数据量明显大于GDPS1.3, GDPS1.4.1和GDPS2.0的处理结果; GDPS2.0的Rrs数据QA得分情况要差于GDPS1.2, GDPS1.3和GDPS1.4.1; GDPS1.3和GDPS1.4.1的数据处理结果基本相同, 这与GDPS1.4在GDPS1.3的基础上只进行了软件模块化优化处理且修复了一些小问题的结果相吻合。 基于该研究, 黄海海域使用GOCI Rrs数据时, 如果Rrs波段比是首要考虑因素(如反演叶绿素a浓度)且对有效数据数量要求不高, 可以使用GDPS1.2版本进行大气校正; 如果更关心的是某个波段Rrs值, 则使用GDPS2.0进行大气校正更合适。
海洋水色遥感 黄海 遥感反射比 Ocean color remote sensing GOCI GDPS Yellow Sea Remote-reflectance sensing GOCI GDPS 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2233
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 通用光学定标与表征技术重点实验室, 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 合肥 230031
3 中国气象局 国家卫星气象中心, 北京 100081
4 中国气象局 中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室, 北京 100081
风云四号A星在轨替代定标试验于2017年4月下旬在敦煌辐射校正场正式开展, 为满足地表反射率在遥感器视角方向上的校正需求, 利用便携式定点测量装置对敦煌戈壁地表进行了方向特性测量.定性分析了敦煌场地春季的方向特性, 并基于RossThick-LiSparseR核驱动模型反演了相应的双向反射分布函数模型参数, 构建了场地方向特性定量描述模型.对模型的计算值与实测数据进行线性回归分析, 得到2017年4月26日、27日和28日的修正决定系数分别在0.75、0.83和0.85左右, 验证了该模型对实测数据具有良好的拟合优度.利用模型计算太阳方位面上的各向异性因子并与中分辨率成像光谱仪双向反射分布函数模型参数产品的历史数据进行对比发现, 当观测天顶角小于40°时, 二者相对偏差在波段2和波段4均小于1.56%, 波段5小于3.12%.这说明构建的模型能较好地描述敦煌场地方向特性, 验证了试验数据的可靠性.
遥感 场地定标 双向反射分布函数 双向反射分布函数模型 春季敦煌 方向反射比 Remote sensing Field calibration BRDF BRDF model Dunhuang in spring Directional reflectance MODIS MODIS
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
通过分析激光聚变中近背向散射光的收集方式, 提出了采用漫反射板收集近背向散射光的方法。通过对漫反射板的应用场景分析, 提出了需要研究的漫反射板特性, 并搭建了漫反射板特性测量装置。测量并分析了漫反射板的方向半球反射比、双向反射分布函数、面均匀性、真空特性和紫外特性。分析结果表明: F4目标板具有接近于0.99的高反射率, 光谱平坦性, 近似余弦分布的双向反射分布函数, 较高的面均匀性, 以及较小的紫外真空影响。因此, F4目标板满足激光惯性约束聚变中近背向散射光的测量需求, 采用漫反射板收集近背向散射光的方法可行。
近背向散射光诊断 收光装置 漫反射板 方向半球反射比 相对双向反射分布函数 diagnosis of near backscattered light light receiving device diffuser panel directional hemispherical reflectance relative bidirectional reflectance distribution fu 红外与激光工程
2017, 46(9): 0917002
提出了一种无损检测眼镜镜片基底折射率的方法。该方法通过测量眼镜镜片在可见光区域内的反射比数据, 采用高斯牛顿迭代法拟合反射比曲线来检测镜片基底折射率, 并用Cauchy模型分析了镜片折射率的色散现象。检测结果表明, 镜片折射率的相对误差不超过2%, 可基本满足对镜片折射率区间的判定。
光学测量 无损检测法 反射比 折射率 Cauchy模型 牛顿迭代 optical measurement non-destructive method reflectance refractive index Cauchy model Newton iteration
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院441教研室, 江苏 南京 210094
2 南京理工大学江苏省光谱成像与智能感知重点实验室, 江苏 南京 210094
由于偏振特性是材料自身所决定的物理特性, 其偏振图像含有丰富的目标信息, 利用偏振信息对目标进行识别一直是国内外目标探测领域的研究热点, 而主动偏振成像较之被动偏振成像更具有信噪比高以及可控性好等优势。 在详细分析了偏振菲涅尔反射比分布的理论基础上, 提出了一种利用探测物体表面的偏振菲涅尔反射比的主动偏振成像方法。 该方法在发射端将偏振方向正交的两种偏振态的光源交替照射到目标场景中, 在探测端用分别装有两个偏振方向垂直的偏振片的CCD采集偏振图像。 同时, 将探测端架构在不同的探测方向采集目标经主动光源照射后的偏振数据, 最后将这些数据传输到计算中心, 通过最优化拟合技术反演出不同目标的光学常数, 由于不同目标的表面材质不同, 其反映出的光学常数就不同, 从而达到辨识不同材质目标的目的。 实验分别采用了仿真数据和实测数据来验证该方法的有效性。 仿真实验显示, 所提出的方法利用材料的光学常数对不同材料进行区分不仅是科学的而且更方便有效。 实测数据进一步验证了该方法能够较好的恢复出目标的相关光学常数, 尤其在区分金属和非金属材料方面表现突出, 并且探测方法结构简单实用, 在目标探测、 伪装识别等领域中有较大应用前景。
主动偏振探测 偏振菲涅尔反射比 双向分布反射函数 偏振成像 Active polarization detection Polarization fresnel ratio Bidirectional reflectance distribution function Polarization imagine 光谱学与光谱分析
2016, 36(6): 1916
中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
为了考察米散射板光学、物理性能以及空间环境适应性,对米散射板的方向半球反射比(DHR)、双向反射分布函数(BRDF)、电阻率等进行了测量和 标定,并对其做了系列空间环境试验。结果表明:米散射板在350～2000 nm波段反射率大于80%,光谱反射率每100 nm差异小于0.024,表现出 较好的光谱平坦性;当光源以天顶角10°～75°照明,并0°探测时, 900 nm波段BRDF平均每度变化小于5.2×10-4, 表现出很好的朗伯性;经检测电阻率≤1012{\\mkern 1mu}Ω·cm,低电阻率可大幅度降低在轨航天环境静电充放电风险;空间环境辐照试验表明, 米散射板具有很好的空间环境稳定性。综上所述,米散射板能够满足静止轨道光学遥感器星上定标需要。
星上定标 米散射板 电阻率 方向半球反射比 双向反射分布函数 空间环境稳定性 on-board calibration Mie scattering diffuser resistivity directional hemisphere reflectance bidirectional reflectance distribution function stability of space environment 大气与环境光学学报
2016, 11(2): 134
1 第二炮兵装备研究院第四研究所, 北京 100085
2 中国电子科技集团公司光电研究院, 天津 300000
地物光谱反射特性通常采用直观的反射光谱曲线来研究, 基于此通过分析双向反射比系数随激光反射角度的变化规律来研究常见自然地物对1.06 μm激光的反射特性, 直观且便于外场数据采集。通过外场试验测得了10余种常见自然地物的双向反射比系数, 并按照激光反射能力对其进行了排序。研究表明, 杂草、风化岩石、龙眼树、灌木丛等自然目标对1.06 μm激光的反射能力较强。
地物激光反射特性 双向反射比系数 1.06 μm激光 laser reflectance characteristic of features bidirectional reflection ratio 1.06 μm laser
