CN107589078A - 一种能够测量brdf光谱分布的野外地物光谱仪 - Google Patents

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裘桢炜
陈迪虎
邹征宇
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Abstract

本发明公开了一种能够测量BRDF光谱分布的野外地物光谱仪，包括有单点地物光谱测量模块、位置定位和角度分辨系统、BRDF参数计算模块、主控模块，单点地物光谱测量模块测得地物目标的BRDF光谱；位置定位和角度分辨系统包括有倾角探测模块、实时定位模块，获得单点地物光谱测量模块实际测量时的太阳位置和测量方位，再经BRDF参数计算模块计算获得地物目标BRDF测量所需要的参数；单点地物光谱测量模块、BRDF参数计算模块的输出信号接入主控模块，通过多次对同个地物目标的多角度测量获得整个半球面空间内的地物目标的BRDF光谱分布。本发明能够获得地物目标的BRDF光谱分布，能够极大扩展所获得的地物特征信息量。

Description

一种能够测量BRDF光谱分布的野外地物光谱仪
技术领域
本发明涉及光学测量与计量领域，具体是一种能够测量BRDF光谱分布的野外地物光谱仪。
背景技术
野外地物光谱仪（又称为便携式地物光谱仪）是用于测量目标（通常为地面物体）的光谱反射率的遥感基础仪器，通常由单人操作为主。常见的有国际上ASD公司、SVC公司、Avantes公司的产品，国内有仪思特公司生产的VF921等。
BRDF是指双向反射分布函数，通常用来描述入射光线经过某个表面后如何在各个出射方向分布。
如图3所示，现有的野外地物光谱仪，均是单点地物测量方式的产品。该种光谱仪测量地物目标光谱反射率采用垂直对地观测方式，仅能测量到目标的光谱反射率，而无法得知目标光谱反射率在其他方向上的变化。上述公司生产的产品均存在该项能力的不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够测量BRDF光谱分布的野外地物光谱仪，用于解决现有野外地物光谱仪无法测量BRDF光谱分布的问题。
本发明采用的技术方案是：
一种能够测量BRDF光谱分布的野外地物光谱仪，其特征在于：包括有单点地物光谱测量模块、位置定位和角度分辨系统、BRDF参数计算模块、主控模块，所述单点地物光谱测量模块测得地物目标的单点反射光谱；所述位置定位和角度分辨系统与BRDF参数计算模块连接，位置定位和角度分辨系统包括有倾角探测模块、实时定位模块，获得单点地物光谱测量模块实际测量时的太阳位置和测量方位，再经BRDF参数计算模块计算获得地物目标BRDF测量所需要的参数（太阳天顶角和方位角，观测方位角和高度角）；所述单点地物光谱测量模块、BRDF参数计算模块的输出信号接入主控模块，通过多次对同个地物目标的多角度测量获得整个半球面空间内的地物目标的BRDF光谱分布。
所述的一种能够测量BRDF光谱分布的野外地物光谱仪，其特征在于：所述单点地物光谱测量模块包括有依次设置的入射光学系统、入射狭缝、光栅、探测器，探测器的信号输出端连接探测器读出电路；太阳光照射地物目标后，反射的光学信息被入射光学系统所接收，接收的光通过入射狭缝后被光栅分光，形成光谱维度上的分离，并被探测器所接收，随而由探测器读出电路读出。
所述的一种能够测量BRDF光谱分布的野外地物光谱仪，其特征在于：所述倾角探测模块采用三维罗盘模块或倾角仪，可以输出单点地物光谱测量模块观测方向与和水平面的夹角、与地磁南北指向夹角。
所述的一种能够测量BRDF光谱分布的野外地物光谱仪，其特征在于：所述实时定位模块包括卫星导航定位模块和计时装置，卫星导航定位模块可以输出出单点地物光谱测量模块所在地域的经纬度信息。
所述的一种能够测量BRDF光谱分布的野外地物光谱仪，其特征在于：所述主控模块内置有控制软件，主控模块还连接有扩展接口、数据接口，数据接口与数据预处理模块的信号输入端连接，数据预处理模块的信号输出端与数据产品输出连接。
本发明的原理是：
通过卫星导航定位模块和计时装置得知测量工作所在位置和时刻后计算得到太阳位置，即太阳方位角和高度角；通过倾角探测模块得知光谱仪相对地面的倾角后计算得到测量方位，即对地测量方位角和高度角。这四项参数结合单点地物光谱测量模块所采用的观测视场及通光孔径参数，可以完全得到求解地物BRDF所需要的所有参数。
在野外工作时，可以手持该新式地物光谱仪，通过多种方向、多种角度对待测地物目标进行测量，采集地物目标多个角度上反射光谱数据，再通过插值算法进行角度反射光谱数据补足，进行反射率计算，得到地物目标的BRDF光谱分布。
测量次数一般取10次以上，次数越多，所需插值量越少，BRDF测量精度越高。
本发明的有益效果是：
本发明能够获得地物目标的BRDF光谱分布，能够极大扩展所获得的地物特征信息量，提升地物波谱数据库信息量，拓宽遥感基础数据库应用。
附图说明
图1为本发明的系统组成示意图。
图2为本发明的具体实施示意图。
图3为现有地物光谱仪工作方式示意图。
图4为本发明地物光谱仪工作方式示意图。
具体实施方式
下面结合附图1、2、4，通过实施例对本发明作进一步说明。
一种能够测量BRDF光谱分布的野外地物光谱仪，包括有单点地物光谱测量模块1、位置定位和角度分辨系统、BRDF参数计算模块4、主控模块5，单点地物光谱测量模块1测得地物目标的BRDF光谱；位置定位和角度分辨系统与BRDF参数计算模块4连接，位置定位和角度分辨系统包括有倾角探测模块2、实时定位模块3，获得单点地物光谱测量模块实际测量时的太阳位置和测量方位，再经BRDF参数计算模块4计算获得地物目标BRDF测量所需要的参数；单点地物光谱测量模块1、BRDF参数计算模块4的输出信号接入主控模块5，通过多次对同个地物目标的多角度测量获得整个半球面空间内的地物目标的BRDF光谱分布。
单点地物光谱测量模块包括有依次设置的入射光学系统6、入射狭缝7、光栅8、探测器9，探测器9的信号输出端连接探测器读出电路10；太阳光照射地物目标后，反射的光学信息被入射光学系统6所接收，接收的光通过入射狭缝7后被光栅8分光，形成光谱维度上的分离，并被探测器9所接收，随而由探测器读出电路10读出。
实施例中倾角探测模块2采用三维罗盘模块2.1，可以输出单点地物光谱测量模块与和水平面的夹角、与地磁南北指向夹角。
实施例中实时定位模块3采用GPS定位模块3.1和计时装置3.2，GPS定位模块3.1可以输出单点地物光谱测量模块所在地域的经纬度信息。
主控模块5的信号输入端连接有温湿度感应器11，温湿度感应器11用于监控测量环境信息。
主控模块5内置有控制软件12，主控模块5还连接有扩展接口14、数据接口13，数据接口13与数据预处理模块15的信号输入端连接，数据预处理模块15的信号输出端与数据产品输出16连接。

Claims (5)

1.一种能够测量BRDF光谱分布的野外地物光谱仪，其特征在于：包括有单点地物光谱测量模块、位置定位和角度分辨系统、BRDF参数计算模块、主控模块，所述单点地物光谱测量模块测得地物目标的单点反射光谱；所述位置定位和角度分辨系统与BRDF参数计算模块连接，位置定位和角度分辨系统包括有倾角探测模块、实时定位模块，计算获得单点地物光谱测量模块实际测量时的太阳位置和测量方位，再经BRDF参数计算模块计算获得地物目标BRDF测量太阳天顶角、方位角、观测方位角和高度角的值；所述单点地物光谱测量模块、BRDF参数计算模块的输出信号接入主控模块；通过多次对同个地物目标的多角度测量获得整个半球面空间内的地物目标的BRDF光谱分布。
2.根据权利要求1所述的一种能够测量BRDF光谱分布的野外地物光谱仪，其特征在于：所述单点地物光谱测量模块包括有依次设置的入射光学系统、入射狭缝、光栅、探测器，探测器的信号输出端连接探测器读出电路；太阳光照射地物目标后，反射的光学信息被入射光学系统所接收，接收的光通过入射狭缝后被光栅分光，形成光谱维度上的分离，并被探测器所接收，随而由探测器读出电路读出。
3.根据权利要求1所述的一种能够测量BRDF光谱分布的野外地物光谱仪，其特征在于：所述倾角探测模块采用三维罗盘模块或倾角仪，可以输出单点地物光谱测量模块观测方向与和水平面的夹角、与地磁南北指向夹角。
4.根据权利要求1所述的一种能够测量BRDF光谱分布的野外地物光谱仪，其特征在于：所述实时定位模块包括卫星导航定位模块和计时装置，卫星导航定位模块可以输出单点地物光谱测量模块所在地域的经纬度信息，计时装置输出实际测量时间。
5.根据权利要求1所述的一种能够测量BRDF光谱分布的野外地物光谱仪，其特征在于：所述主控模块内置有控制软件，主控模块还连接有扩展接口、数据接口，数据接口与数据预处理模块的信号输入端连接，数据预处理模块的信号输出端与数据产品输出连接。
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