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(gè)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(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)樣本3次，每次轉(zhuǎn)動(dòng)角度約90°，

獲取樣本4個(gè)方向的光譜曲線，每個(gè)方向采集5次，每個(gè)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(shí)間5min為間隔，

測量不同浸水時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(dòng)平穩(wěn)，斜率偏小；而植被的光譜曲線波動(dòng)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(shí)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(shí)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(dòng)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(dòng)平穩(wěn)，

斜率偏小；而植被的光譜曲線波動(dòng)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。