典型材料高光谱特征及识别方法研究

典型材料高光谱特征及识别方法研究

 室内可见光-近红外光谱实验

对象为我国北方地区常用丛林迷彩，如图1所示。光谱采集可以使用光学地物光谱仪，该仪器的波段范围为300~2500nm，有9000个通道，测试环境为密闭黑暗的，

采用功率为50W标准直流锡丝石英卤素灯作为光源。为降低样本光谱各向异性的影响，测量时转动样本3次，每次转动角度约90°，

获取样本265个方向的光谱曲线，每个方向采集5次，每个样品共采集20条样本线，算术平均后得到该材料的实际光谱反射率。对于传统绿色材料而言，

因不具有类似植被含水的组织结构，其在近红外波段的光谱特征会区别于植被，不能在近红外波段与植被“同谱"，水的存在与否直接影响着材料在近红外波段的光谱响应。

为更好的分析材料的光谱特征及响应机理，模拟多环境对光谱的影响，因此对材料部分样品进行浸水处理。实验设计以浸水时间5min为间隔，

测量不同浸水时间下的的光谱曲线。表层于25~35min左右出现水分饱和现象，此时水分附着在表层不再被吸收，水分含量对光谱吸收特征的影响达到极限，

所测得光谱曲线逐渐趋于一致。因此剔除了浸水时间超过30min的光谱曲线，最终选择具有显著光谱差异的浸水时间（0，5，10，20和30min）进行高光谱特征分析。

为了对丛林迷彩的有效识别波段进行验证，利用包含植被、砂砾、岩石、车辆等地物的仿真模型，以植被为背景目标，通过丛林迷彩对车辆进行，

并使用高光谱相机对前后的模拟环境进行高光谱成像实验，如图2所示。

为有效识别迷彩，进一步分析差异波段范围的识别特征，对反射光谱进行包络线去除处理，处理后的光谱曲线如图4所示。相较于植被，

（干燥）在970和1190nm处无明显吸收特征，在1440nm处具有较宽的吸收谷，两者区分度较大。在900~1300nm波段，光谱曲线急速下降，

在1300~1600nm波段，光谱曲线处于较宽的吸收谷底，波动平稳，斜率偏小；而植被的光谱曲线波动较大，在1150~1300nm和1300~1440nm波段分别存在陡升、

陡降现象，斜率较大。

室内高光谱观测实验以及高光谱成像观测实验，对地带性典型植被的反射光谱特征进行了深入分析，并提取与植被的差异性光谱特征波段，

构建光谱比值指数RCI，用于绿色环境中目标的识别，得到以下结论：

（1）不同浸水时间的丛林迷彩的光谱曲线基本形态相似，且反射率随浸水时间的增加而整体呈下降趋势；

1900nm波段是反射光谱对含水量响应最为明显的波段。

（2）丛林迷彩和植被在可见光波段的波动情况相似，相似度均高于0.95，但在近红外波段光谱特征差异明显，尤其在1300~2500nm波段，

相似度平均值只有0.7357。实验分析得出970，1190和1440nm波段附近处是典型成像识别的特征波段，在1300~1600nm波段光谱曲线波动平稳，

斜率偏小；而植被的光谱曲线波动较大，在1150~1300和1300~1440nm波段分别存在陡升、陡降现象，斜率较大。

（3）基于丛林迷彩和植被的光谱特征差异构建了RCI指数，用于基于高光谱图像的绿色环境中目标的识别。室内成像实验结果表明，

该指数识别的准确率达到95%，可以很好的将识别出来。