[00132684]小麦生长季的偏振光谱观测及相关特性预研

1、该项目探索了对冬小麦在可见光近红外波段的多角度偏振光谱特性的测量方法,系统测量了冬小麦各生长期室内和田间的多角度高光谱及偏振光谱,建立了冬小麦光谱数据库; 野外偏振光谱观测的可行的测量流程：光谱测量在天气晴朗、风速较小的天气状况下进行,在北京时间10：00-14：00范围内观测。利用ASD HandHeld光谱仪（350～1100nm）进行测量。定好观测样点,先利用白板优化后存储5-10条曲线,再测量小麦冠层,存储5-10条曲线,然后加偏振片,0°偏振态测量同样点,存储5-10条曲线,然后0°偏振态测量白板,存储5-10条曲线,换90°偏振态测量同样点,存储5-10条曲线,然后90°偏振态测量白板,存储5-10条曲线,最后除去偏振片,再以无偏状态测量白板,以校正天空光照条件的变化。整个过程在尽可能短的时间内完成。如此在大田状况下依照样点采样规则测量一定数量的样点,以获得田间尺度的偏振反射光谱。 2、分析了冬小麦各生长期内多角度偏振波谱特征,以及偏振度波谱与无偏波谱的相互关系; 1)、高光谱 （1）、田间不同发育期小麦冠层光谱的变化 在抽穗前,NDVI一直呈上升趋势,且上升趋势减缓,抽穗后NDVI显著下降。 （2）、小麦穗叶实验室测量光谱随观测日期的变化 穗与茎叶的光谱曲线比较,在穗还没有完全冒出时,其光谱曲线形态与茎叶的近似。随着穗一天天灌浆充实,至其成熟前表面泛黄,其光谱形态与茎叶相比开始有明显差异,表现在其红谷处抬高,红外峰下降。 穗的光谱反射率随日期变化,红外反射峰相对于红吸收谷是随着穗的逐渐成熟而下降的;而茎叶的光谱形态随不同日期没有太大变化,只在茎叶明显发黄较干时变化较大一些,此时NDVI计算结果表明,出穗后穗与茎叶的NDVI的变化趋势都是下降的,与田间测量计算的结果趋势一致。其中穗的下降速率要大于茎叶的下降速率。 （3）、小麦光谱随不同入射天顶角度的变化 不同日期测量的规律一致,即0°天顶角入射时光谱曲线最高,随着入射天顶角增大,光谱反射率曲线随之降低。 （4）、小麦光谱随不同方位角的变化 实验目的是测量方位改变对光谱的影响。由于小麦样本穗、茎叶形态上不是各个方向一致,因此问题演变为样本不同摆放方位所致的光谱的变化。测量的光谱由方位角0°至45°至90°依次升高,方位角由90°至135°至180°改变时又依次下降,方位角90°时即样品相对于探测方位竖放时光谱最高。其它方位都较低。 2)、偏振光谱 （1）偏振光谱参量 偏振光分量曲线形态与无偏光谱、90°偏振反射、0°偏振反射光谱曲线相似。但在700nm以前的可见光波段很低。而偏振度（DOP）波谱在曲线形态上却体现出了与其它曲线对应相反的特征。无偏光谱为绿峰处,偏振度为波谷;无偏反射比是红谷处,偏振度一般对应为波峰。 偏振度与其它光谱曲线相比,还体现了如下特征： 1)700nm以前的可见光波段无偏反射及偏振光分量均很低,但偏振度量值却很高; 2)在无偏反射的红外的高反射峰处,偏振度量值有降低。这两点为偏振光的应用开启了两个独特特性,即对强反射,特别是镜面反射,有弱化并包含了地物的信息;对反射较低的情形偏振度有量值强化的效果。 3、分析了冬小麦各种光谱影响因素与偏振度参数的相关关系,提出了表征植被偏振度变化的指标。 （1）偏振光谱随不同探测方位角的变化 相对于归一化植被指数（NDVI）,偏振度光谱中同样存在类似红边现象。构造了类似NDVI的指数p-NDVI。 p-NDVI=（DOPNIR-DOPR）/（DOPNIR+DOPR） 室内测量的叶p-NDVI随不同探测方位角的变化：45°时p-NDVI最低,0°及180°时p-NDVI均较高。即偏振光谱适宜探测的方位角为0°及180°,即入射的主平面方位。 （2）、偏振光谱随天顶角的变化情况 随入射天顶角增大,偏振度在可见光部分增高明显,而在红外部分降低明显。由此可以看出,偏振度观测适宜的天顶角应为大角度。而这与无偏光谱的观测正好相反,无偏光谱观测适宜的天顶角为小角度。