近红外光谱用于土壤锌的快速分析及其稳定性

利用近红外(NIR)光谱结合偏最小二乘(PLS)回归研究珠三角农田土壤锌含量的无试剂快速定量分析方法,基于定标集、预测集的多次划分讨论模型的稳定性。将全部扫描谱区(400~2 498 nm)分成可见区(400~780 nm)、短波近红外区(780~1 100 nm)、长波近红外区(1 100~2 498 nm)和全近红外区(780-2 498 nm)。经过比较、检验,长波近红外区达到最好的模型效果和稳定性,其最优PLS因子个数为8,检验集的预测均方根偏差(V-SEP)和预测相关系数(V-RP)分别为78.847 mg/kg-1和0.731。结果表明,长波近红外光谱可以应用于土壤锌含量的无试剂快速定量分析。     

野鸭湖湿地牛鞭草不同覆盖度的光谱特征分析

采用导数法和包络线去除法,分析了不同覆盖度牛鞭草的光谱特征.结果表明,不同覆盖度的牛鞭草在绿光波段出现反射峰,在红光波段出现吸收谷,近红外波段处具有"红边效应".不同盖度的牛鞭草光谱反射率的差异主要体现在绿光(520～600 nm)和近红外波段(760～900 nm).在近红外波段范围内,反射率随覆盖度的增加而增大,两者呈极显著正相关(P<0.01).此外,红光波段比蓝光波段有更为强烈的吸收效应.我们的研究表明,高光谱遥感可以有效地应用于湿地植物覆盖度或与之相关的生长情况的监测之中.     

基于可见/近红外光谱技术的新鲜茶叶叶片含水率快速测定

提出了利用可见/近红外光谱技术检测新鲜茶叶叶片中含水量的方法.首先采集350~2500nm波段范围内177个新鲜茶叶叶片的光谱反射率信息,作为X变量.将不同预处理后的光谱数据建立偏最小二乘(partial least squares,PLS)模型,再利用回归系数法(regression coefficients,RC)提取全波段光谱中的特征波长并建立基于特征波长的预测模型.结果显示,利用全谱段光谱信息建立的模型中,未经预处理建立的模型最优,建模集和预测集中决定系数(coefficient of determination,R~2)分别是0.9039和0.8856,均方根误差(root mean square error,RMSE)分别是0.0092和0.0120,剩余预测偏差(residual predictive deviation,RPD)是2.9659;基于特征波长的模型中,也是未经预处理建立的模型最优,建模集和预测集中R~2分别是0.9070和0.8199,RMSE分别是0.0107和0.0151,RPD是2.3701.结果表明,可见-近红外光谱技术结合特征波长提取进行新鲜茶叶叶片中含水率检测是可行的.     

几种典型矿物的偏振高光谱特性研究

矿物和岩石的系统光谱学研究是当今高光谱遥感发展的基础。目前对矿物岩石光谱的研究主要集中在可见—近红外波段的传统光谱,基于两个波段（A：630~690 nm,B：760~1 100 nm）,波段范围不连续,同时观测数据的精度与目前常用的遥感数据源之间有一定的差距;利用高光谱对矿物的偏振反射特性目前还少有研究。文章在传统光谱测量基础上,利用偏振高光谱技术对矿物波谱进行实验,绘制波谱曲线图,直观表现矿物在偏振高光谱条件下的连续波谱特性,为遥感找矿技术提供新的发展方向。     

土壤粒径对土壤光谱特征的影响

通过野外田间采集土样与室内设置不同粒径土粒、室内光谱测定,研究了土壤粒径与土壤光谱特征的关系,结果表明：不同粒径土壤的平均光谱反射率不管是在全波段（392.53-1095.3nm）还是在分波段（392.53-760.35nm、761.72-1095.3nm）都随土壤粒径的减少反射率而增加,但增加的幅度有所不同;土壤粒径与土壤光谱反射率呈负相关关系,某些在原始光谱数据中比较隐晦的信息,经过微分变换的放大,其相关性有所提高;三种模型的预测结果均比较理想,反射率模型的平均相对误差为6.7%,预测精度为93.3%,RMSE=0.886,一阶微分模型的平均相对误差为15.0%,预测精度达到85.0%,RMSE=1.398,二阶微分模型的平均相对误差为9.2%,预测精度达到90.8%,RMSE=0.968。     

塔里木河流域中下游典型地物光谱变化规律

由于塔里木河流域中下游距离河道在垂直向的差别,以及气候与人为因素的影响,使植被的空间分布具有异构性.典型地物光谱变化的研究为中下游生态环境的遥感监测提供了基础,实验研究表明:绿色全荣植物中,棉花由于其具有明显绿峰、水分吸收谷和近红外的高反射峰而更加容易识别,其他植物主要差别则集中在550,680,1420 nm附近的反射峰、吸收谷和1920～2500 nm之间的反射率;与绿色植被相比,枯枝的光谱在可见光部分的绿峰和红光吸收谷不明显,但在可见光部分波形有所差别,而与流沙土壤光谱相比,各波段反射率变化较大;对比不同荣枯比例的植物光谱发现,同一种植物随着荣枯配比的变化,除可见光绿峰、近红外反射峰和各水分吸收谷变化外,最明显的是在近红外1420～1820 nm之间和短波红外1920～2500 nm之间反射率随着枯枝的比例增加而明显升高;关于土壤光谱,中下游各断面占主要类型的流沙土光谱相差不大,但是盐碱土和含有一定水分的盐碱土则变化较大,而且反射率基本低于流沙土,结壳土则除在近红外和短波红外部分变化更加平缓而有所差别外,其余波段接近流沙土;同样的土壤背景下,近红外和短波红外部分反射率的差别能够在一定程度上反映覆盖度的变化.     

玛纳斯河流域山区积雪反射光谱特征分析

以新疆玛纳斯河流域为研究区,利用三次野外观测获取的山区积雪光谱数据(波段范围为350~2500nm),分析研究区内的典型地物光谱曲线特征,以及新雪、污化雪、陈雪和风吹雪的反射特性,探讨污染物类型和浓度、雪层含水量、雪粒径、雪与枯草混合物对积雪反射特性的影响,为山区积雪识别提供依据.结果表明:受污染物、雪层含水量、雪粒径、雪与枯草混合物等因素影响,污化雪、陈雪、雪与枯草混合物的光谱曲线兼有积雪与非雪地物的反射特性;在可见光波段,污化雪、陈雪的反射率有不同程度的下降,但是依然高于非雪地物的反射率;在近红外波段,新雪、污化雪、陈雪、风吹雪、雪与枯草混合物的光谱曲线在1020nm、1250nm处均出现积雪特有的吸收谷,在1080nm、1320nm、2246nm波段均出现积雪特有的反射峰.另外,污染物在降低积雪反射率的同时,使得污化雪在可见光波段的光谱曲线呈现上升趋势,即呈现污染物自身的光谱曲线特征,与其它类型的积雪形成明显对比,是区分污化雪与其它类型积雪的关键所在.     

润滑油的太赫兹波段光学与光谱特性研究

采用太赫兹时域光谱（THz-TDs）测试和近红外光谱测试相结合的方法,研究了不同种类的润滑油在0.3-1.6THz波段的光学性能和光谱特性。实验结果得到润滑油在太赫兹波段比在近红外波段更具有吸收活性,不同种类的润滑油可以根据其在太赫兹波段的特征谱进行鉴别。太赫兹时域光谱技术在润滑油分析领域的应用表明,该技术将在石油领域产生重大影响。     

基于高分五号卫星数据的红树林群落光谱特征分析

为解决高分五号(GF-5)高光谱数据空间分辨率较低的问题，本研究采用葛拉姆-施密特(Gram-Schmidt, GS)正交变换融合算法对GF-5高光谱数据与高分二号(GF-2)数据进行空谱融合，利用1 m分辨率的GF-5高光谱数据结合实地样本数据提取不同红树林群落与互花米草群落的平均反射率，通过包络线去除与一阶微分计算的方法分析不同红树林群落与互花米草群落的复合光谱特征，从光谱特征探讨红树林群落的可分性。结果表明，在原始光谱曲线680-900、980-1 320、1 530-1 750 nm区间4种群落的光谱差异最大；经过包络线去除与一阶微分计算后的4种群落的光谱反射率分别在1 170-1 400 nm与1 330-1 470 nm波长范围处表现出明显差异。综上可知，不同红树林群落与互花米草的光谱反射率在近红外波段范围内的差异性最大，近红外波段可作为识别不同红树林群落与互花米草的优势波段。     

棉花地上各组分干物质积累量的高光谱定量模型研究

测定了8个棉花主栽品种(其中2棉花品种为4水平种植密度)冠层多时相的反射光谱数据和对应的棉花地上茎、叶、生殖器官(花、蕾、铃)及冠层的干物质积累量;通过反射光谱数据与棉花冠层干物质积累量的逐步回归分析,确定与棉花冠层干物质积累量相关性最高的2个敏感波段——近红外934nm和红光673nm波段,采用这2个波段的反射率组成高光谱比值植被指数(RVI);基于RVI建立了6种函数形式的棉花地上各组分干物质积累量(茎、叶片、生殖组分、冠层)的反演模型,相关系数均达到了极显著的检验水平(α=1%,n=95),其中以构建的棉花地上茎组分干物质积累量的指数函数的反演模型相关系数为最高(R=0.8661**,RMSE=0.1293),在所构建的棉花地上各组分的干物质积累量模型中,均以指数函数、幂函数、对数函数和双曲线函数形式模型的预测精度为最高,研究结果表明,利用高光谱RVI可以实时、无损、快速、定量反演棉花地上各组分的干物质积累量,为高光谱遥感用于棉花长势监测和遥感估产提供了依据。     

基于光谱测量的南方典型树种反射光谱特征分析

利用ISI921VF野外地物光谱辐射计测量得到的南方典型树种光谱数据,分析南方典型树种的冠层反射光谱特征,并探讨光谱对于遥感影像树种分类的可分性．以茶、杉木、阔叶林、马尾松这四种作为代表,结果表明这四种地物的反射光谱曲线及它们的一阶微分反射比波谱曲线在近红外波段差异显著;且转化为北京一号（BJ-1）和TM等效反射波谱曲线后,BJ-1影像和TM影像的地物间差异仍较明显,因此常用的多光谱遥感影像对纯林分树种具有一定的可分性．     

TM图像大气校正及其对地物光谱响应特征的影响分析

基于辐射传输理论的大气校正模型,具有明确的物理意义,易于操作,应用广泛.虽然这类模型通常会提供几种标准大气模式供用户选择,但是有限的几种模式难以合理描述具体研究区的大气状况,因此,在缺乏实测资料时,有必要对大气参数进行合理选择或估计,参数的选择直接影响大气校正的结果.因此,首先对Landsat-5 TM图像大气校正参数的确定进行了详尽分析,然后从光谱响应曲线、归一化植被指数(NDVI)、能见度等方面,探讨了大气校正对TM图像地物光谱响应特征的影响.研究表明:(1)TM图像经大气校正后,地物在可见光波段反射率明显减小,而在近红外和短波红外反射率增大;(2)大气校正后的NDVI增幅明显;(3)能见度对水体和植被在可见光波段的地表反射率影响均较大;在近红外波段对水体的影响比对植被的更为强烈;随着能见度的增大,地物地表反射率增大.采用的参数确定方法可为类似研究提供参考与借鉴.     

镶嵌铜多孔铝膜透射光谱曲线中干涉现象的研究

用阳极氧化的方法制备了阳极氧化铝膜,向其孔中镀入了铜,然后利用UV-3101PC型分光光度计进行了透射光谱测试.实验结果表明,在其可见光和近红外光波段的透射曲线中有明显的振荡现象.利用Maxwell-Garnett理论,分析了这种振荡现象产生的原因,从理论上说明了这种振荡现象是由薄膜干涉引起的,最后提出了用冷杉胶将多孔铝膜胶合在两BaF2窗口的方法,有效消除了透射光谱曲线中的干涉效应.     

4H-SiC紫外光光电晶体管模拟与分析

根据光电晶体管的物理机理和SiC材料参数,建立了4H-SiC紫外光电晶体管的数值模型,利用Silvco软件对其I-V特性和光谱响应等特性进行了模拟与分析;通过研究4H-SiC紫外光电晶体管不同结构尺寸下的光谱响应特性,对其各区掺杂浓度与厚度等参数进行优化设计。结果表明,优化后的光电晶体管光谱响应范围为200～380 nm,峰值波长为270 nm,相应的响应度为300A/W,而对可见-红外光的响应度均小于2 A/W,具有较高的紫外光分辨率,可以实现在较强的红外及可见光背景下有效地进行紫外光探测。     

锶胁迫条件下生菜光谱效应特征

锶（Sr）胁迫条件下生菜的反射光谱特征会发生明显改变。通过室内生菜水培试验，获取了36个不同生长期、6个不同锶浓度胁迫的生菜叶片400～950 nm波段区间的生化参数信息（叶绿素含量、细胞结构、叶片金属含量）和反射光谱信息，利用光谱技术并结合数学统计方法研究了生菜叶片7个光谱特征参数与实测叶片锶元素含量之间的相关性，优选了较敏感光谱特征参数，建立了其与生菜叶片锶含量的线性回归模型。结果表明，锶胁迫生菜叶片叶绿素含量呈先上升后下降的规律，细胞结构差异不明显。锶胁迫生菜叶片反射光谱直观上无规律，通过采用光谱技术方法分析得出锶胁迫生菜叶片的红边波段位置先“红移”再“蓝移”，红谷波段位置则“红移”，植被指数B4/B3比值先升高后降低，红边归一化植被指数（NDVI）值随着锶浓度的升高而降低。相关性及线性回归模型分析表明红边波段位置与叶片锶含量显著相关。本文为下一步基于光谱特征的叶片重金属含量反演模型的构建提供了较好的数据源和基础理论。     

新型宽带匹配网络在双路宽光谱AOTF成像技术中的应用

基于双路AOTF的宽光谱成像技术在偏振成像光谱仪中得到应用,其成像质量受AOTF衍射效率、光谱带宽等影响。其核心部件超声换能器阻抗失配时导致驱动功率无法最大限度的传递给换能器,使AOTF光谱衍射效率降低,3dB光谱带宽变窄,影响光谱图像有用信息的获取。采用压缩回波损耗技术,设计了一种基于LC拓扑结构及组合臂的宽频带、光谱衍射效率高的新型匹配网络。最终测得AOTF的光谱衍射效率最高达94％,光谱带宽小于5nm,提高了在420~1150nm波段范围内的光谱衍射效率及分辨率,实测目标的成像质量得到明显改善。     

耦合高光谱数据估算土壤含水率的方法

在田间利用高光谱技术监测土壤含水率(Soil Moisture Content,SMC)成为精准农业研究的热点之一,但农田原状光谱受到土壤表层属性如表面粗糙度、质地、微聚体和其它环境因素的影响,且小尺度区域SMC空间差异较小,增加了SMC光谱信息的提取难度,导致SMC的估算精度较低;基于实验室内经过筛制备的土壤样品的光谱数据建模,虽然模型精度较高,但人为改变土壤结构和紧实度的预处理方式无法表征农田SMC的实际状况.因此,该文尝试提出一种耦合土样原状光谱数据和标准光谱数据估算农田SMC的新方法.通过获取江汉平原潮土土样的原状光谱反射率(R_und)和烘干光谱反射率(R_dry);基于R_dry确定研究区同一土壤类型在烘干状态下(SMC为0)的标准光谱(Std­R);采用差值、比值、归一化的方法耦合R_und和Std­R,得到耦合光谱(Cpl­R_S、Cpl­R_D、Cpl­R_N);提取耦合光谱中水分敏感波段的光谱(Moe­R_S、Moe­R_D、Moe­R_N),基于偏最小二乘回归方法(PLSR)建立SMC的估算模型.结果表明,标准光谱具有良好的代表性,能够为光谱耦合提供统一且稳定的背景值;耦合土样的原状光谱和标准光谱可以有效地削减土壤水分以外其它因素对土壤高光谱观测的影响;利用耦合光谱的水分敏感波段建立的SMC估算模型相较基于R_und建立的模型,有效降低了模型的复杂度,精度有较大程度地提升,建模集Rc(2)从0.46最高上升至0.61,验证集Rp(2)从0.49最高上升至0.71,RPD值从1.39最高上升至1.72,模型的稳定性、拟合度和预测能力都得到提升.该方法简单、易推广,为快速准确评估农田墒情提供了新途径.     

铅锌矿区毛轴蕨反射波谱特征及其机理分析

为了研究铅锌矿对植物反射光谱的影响,以毛轴蕨野外测试光谱和叶灰分微量元素含量为基础,分析铅锌矿区和对照区毛轴蕨光谱特征和微量元素含量特征,并研究红边蓝移量和叶绿素归一化指数与各微量元素含量的相关性.结果表明:矿区毛轴蕨在近红外区域反射率要低于背景区,毛轴蕨红边位置发生了2～20nm的蓝移,根据叶微量元素含量分析确定毛轴蕨叶对铅、锌、锰、锶、钡、砷6种元素有较强的积累作用;毛轴蕨红边蓝移偏移量与锰、锶、铅、锌、钡、砷等几种微量元素含量均成正相关,除锶元素外,叶绿素归一化指数与几种主要元素均成负相关.