典型材料高光譜特征及識別方法研究

 室內(nèi)可見光-近紅外光譜實(shí)驗(yàn)

對象為我國北方地區(qū)常用叢林迷彩,，如圖1所示,。光譜采集可以使用光學(xué)地物光譜儀,，該儀器的波段范圍為300~2500nm，有1024個通道，測試環(huán)境為密閉黑暗的,，

采用功率為50W標(biāo)準(zhǔn)直流錫絲石英鹵素?zé)糇鳛楣庠础榻档蜆颖竟庾V各向異性的影響,，測量時轉(zhuǎn)動樣本3次,，每次轉(zhuǎn)動角度約90°，

獲取樣本4個方向的光譜曲線,，每個方向采集5次,，每個樣品共采集20條樣本線，算術(shù)平均后得到該材料的實(shí)際光譜反射率,。對于傳統(tǒng)綠色材料而言,，

因不具有類似植被含水的組織結(jié)構(gòu)，其在近紅外波段的光譜特征會區(qū)別于植被,，不能在近紅外波段與植被“同譜",，水的存在與否直接影響著材料在近紅外波段的光譜響應(yīng)。

為更好的分析材料的光譜特征及響應(yīng)機(jī)理,，模擬多環(huán)境對光譜的影響,，因此對材料部分樣品進(jìn)行浸水處理。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以浸水時間5min為間隔,，

測量不同浸水時間下的的光譜曲線,。表層于25~35min左右出現(xiàn)水分飽和現(xiàn)象,，此時水分附著在表層不再被吸收,，水分含量對光譜吸收特征的影響達(dá)到極限，

所測得光譜曲線逐漸趨于一致,。因此剔除了浸水時間超過30min的光譜曲線,，最終選擇具有顯著光譜差異的浸水時間（0，5,，10,，20和30min）進(jìn)行高光譜特征分析。

為了對叢林迷彩的有效識別波段進(jìn)行驗(yàn)證,，利用包含植被,、砂礫、巖石,、車輛等地物的仿真模型,，以植被為背景目標(biāo)，通過叢林迷彩對車輛進(jìn)行,，

并使用高光譜相機(jī)對前后的模擬環(huán)境進(jìn)行高光譜成像實(shí)驗(yàn),，如圖2所示。

為有效識別迷彩,，進(jìn)一步分析差異波段范圍的識別特征,，對反射光譜進(jìn)行包絡(luò)線去除處理,，處理后的光譜曲線如圖4所示。相較于植被,，

（干燥）在970和1190nm處無明顯吸收特征,，在1440nm處具有較寬的吸收谷，兩者區(qū)分度較大,。在900~1300nm波段,，光譜曲線急速下降，

在1300~1600nm波段,，光譜曲線處于較寬的吸收谷底,，波動平穩(wěn)，斜率偏??；而植被的光譜曲線波動較大，在1150~1300nm和1300~1440nm波段分別存在陡升,、

陡降現(xiàn)象,，斜率較大。

室內(nèi)高光譜觀測實(shí)驗(yàn)以及高光譜成像觀測實(shí)驗(yàn),，對地帶性典型植被的反射光譜特征進(jìn)行了深入分析,，并提取與植被的差異性光譜特征波段，

構(gòu)建光譜比值指數(shù)RCI,，用于綠色環(huán)境中目標(biāo)的識別,，得到以下結(jié)論：

（1）不同浸水時間的叢林迷彩的光譜曲線基本形態(tài)相似，且反射率隨浸水時間的增加而整體呈下降趨勢,；

1900nm波段是反射光譜對含水量響應(yīng)最為明顯的波段,。

（2）叢林迷彩和植被在可見光波段的波動情況相似，相似度均高于0.95,，但在近紅外波段光譜特征差異明顯,，尤其在1300~2500nm波段，

相似度平均值只有0.7357,。實(shí)驗(yàn)分析得出970,，1190和1440nm波段附近處是典型成像識別的特征波段，在1300~1600nm波段光譜曲線波動平穩(wěn),，

斜率偏?。欢脖坏墓庾V曲線波動較大,，在1150~1300和1300~1440nm波段分別存在陡升,、陡降現(xiàn)象，斜率較大。

（3）基于叢林迷彩和植被的光譜特征差異構(gòu)建了RCI指數(shù),，用于基于高光譜圖像的綠色環(huán)境中目標(biāo)的識別,。室內(nèi)成像實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，

該指數(shù)識別的準(zhǔn)確率達(dá)到95%,，可以很好的將識別出來,。