实验一-地物光谱反射率的野外测定(更新)

实验一地物光谱反射率的野外测定一实验目的1、学习地物光谱的测定方法2、认识地物光谱反射率的规律3、掌握绘制地物反射光谱曲线的方法二原理及方法地物光谱反射率的野外测定原理主要是利用电磁辐射和各地物光谱特征进行测定（参照课本）。实验采用垂直测量方法，计算公式为：sVsV式中，为被测物体的反射率，s为标准板的反射率，V，Vs分别为测量物体和标准板的仪器测量值。三实验仪器1、ISI921VF-256野外地物光谱辐射计，波段范围为可见-近红外的380~1050nm，仪器性能稳定，携带方便，数据提取容易。2、标准参考板（白板或灰板）。图1ISI921VF-256野外地物光谱辐射计3、仪器介绍3-1主机面板结构图2.主机面板示意图主机面板的部件及其功能描述如下：部件功能描述1电源开关仪器开关电源操作2头部电缆连接插座连接光学测试头部3USB口通讯电缆插座连接笔记本或台式电脑，进行数据传输4GPS天线插座GPS接收天线（为选择配置）5充电插座主机内置Ni-H电池充电，※同步录像摄像头电源6液晶显示屏操作界面文字、曲线显示7对比度电位器液晶屏对比度调节8保险丝座主机保险丝9键盘数字键0～9菜单选择及数字输入确认键(ENTER)功能确认退出键(ESC)返回上级菜单复位键(RESET)系统复位3-2光学头部结构图3.光学头部如图所示，光学头部上有以下部件：电缆：用于连接主机箱镜头：配有与主光轴平行的半导体激光指示器把手：手持之用，上置有“测量”和“指示”按钮（大拇指部位）支架安装孔：2个M4螺孔，用于固定安装※摄像头：同步显示功能的图象获取；为选择配置3-3基本配置连接注意：所有电气连接必须在关电的状态下进行，否则可能引起设备损害！3-3-1安装如测试采用手持操作方式，则无需任何机械安装。如采用手持测量杆，需事先使用两个M4×10螺钉将测量头部固定于测量杆顶部，并调整好所需的测量角度。3-3-2测量工作测量工作状态仅需主机和测量头部，无需连接电脑；如在非移动场合进行长时间连续测量，并欲同步查看测量曲线，也可同时连接笔记本或台式电脑。3-3-3数据传输数据传输时无需连接测量头部，只需使用通讯电缆连接主机的通讯端口和计算机的USB口。电缆连接工作必须在关机状态下进行。3-3-4充电充电时将充电器连接220V电源，使用充电电缆连接充电器和主机。四实验步骤1、测量目标和条件的选择环境：无严重大气污染，光照稳定，无卷云或浓积云，风力小于3级，避开阴影和强反射体的影响（测量者不穿白色服装）。时间：地方时9:30—14:30。取样：选择物体自然状态的表面作为观测面，取样面积大于地物自然表面起伏和不均匀的尺度，被测目标面要充满视场。标准板：标准板表面与被测地物的宏观表面相平行，与观测仪器等距，并充满仪器视场，保证板面清洁。2、记录测量目标基本信息主要内容如下：土壤：土类、土属、土种；地貌类型、成土母质、侵蚀状况；干湿度、粗糙度等。植被：植物名称、所属类别、覆盖率、生长状况、叶色、高度等。水体：水体名称、水体状况、水色、水温、透明度、泥沙含量、叶绿素含量、污染状况等。人工目标：目标名称、内容描述、估算面积、几何特征、表面颜色、坡度、坡面等。岩矿：岩矿名称、所属类别、植被覆盖及名称、土壤覆盖及名称、岩矿露头面积、所属构造、地质年代、风化状况等。3、记录环境参数主要内容如表1.2，内容由教学教师定，制成表格填写。见附表。4、使用准备4-1软件安装⑴首先，复制仪器数据处理软件包及仪器自带的USB口驱动软件。然后，运行仪器数据处理软件安装程序包中的“Setup.exe”文件安装ISI921VF.EXE运行程序（最好创建该软件的快捷方式到计算机桌面）；⑵再用仪器自带的USB口连接电缆连接主机和仪器（电缆连接好后，打开仪器电源），这时，屏幕上会出现“添加新硬件向导”窗口；按照其提示步骤，一步一步地安装USB口驱动软件，直至完成。安装完成后，查看“控制面板”中的“系统硬件”，在“端口”下，应该增加了一个额外的COM端口，把它设置为COM5。注意：在计算机不止一个USB口时，请确保仪器连接的USB口为COM5口。您可以监视着此窗口，把仪器连接电缆拔下、再连接即可看出。4-3检查及调整仪器开机后会在1秒之内在显示屏出现主菜单，这表示仪器控制电路正常。如能测得光谱曲线，则表明系统正常充满电的仪器开机后可能会有显示不正常的情况，可能是因为环境温度变化过大造成的，这时可调节主机面板的对比度电位器。如仍无主菜单显示，可使用复位建进行复位。测试前应使用相应的菜单功能，按照测量需要对仪器进行设置。仪器的所有设置会记忆保留。5主机菜单及操作5-1主菜单CHOICE（）：1Setup2Reference3Target4Display5Test6Communes7WaterTest**8Realimage9GPSPositionLT:XXOXX’XX”NLG:XXXOXX’XX”E**：该项功能只在探测器为256元以上的仪器中且是根据可户要求才配置。主菜单说明：序号名称功能说明1Setup参数设置时间、工作模式、增益、积分时间、曲线号、水体测量时间间隔设置2Reference参考板测量探测器本底测量、2N条光谱曲线测量、平均、显示并存储此测量模式将生成后缀为.ref的数据文件3Target目标测量探测器本底测量、2N条光谱曲线测量、平均、显示并存储此测量模式将生成后缀为.tat的数据文件4Display显示主机内存中光谱数据曲线显示及即时观察被测目标的反射率5Test检验测试测量后显示测量曲线，但不存盘6Communes通讯将仪器内存数据传输到PC7WaterTest水测量(选项)探测器本底测量、显示并存储此测量模式将生成后缀为.wat的数据文件8GPSPositionGPS定位(选项)GPS系统工作，接收卫星定位信号；9RealImage同步摄像(选项)同步图象采集；须接计算机、摄像头及图象采集卡；计算机上必须安装采集卡驱动。在主菜单状态直接操作功能对应数字，即可进入功能或子菜单操作“8”、“9”两项功能不作为基本配置功能；5-2〖Setup〗仪器参数设置〖Setup〗仪器参数设置子菜单有10项设置内容，包括：起始光谱曲线号、增益、CCD积分时间、内部时钟（包括年、月、日、时、分、秒）。仪器关机后仍保存光谱曲线号、增益、积分时间且内部时钟照常运行。设置参数过程中，任何时侯按下“ESC”键，均退出当前设置参数功能回到主菜单，且保持未设置的项目原设定参数不变。在设置某项参数时，要完整设置（即该项参数是几位数，就输入几位数值），如果只改变此项参数某一位，则设置无效，仍保持原参数不变，设置完某项参数后，按回车“↙”键，光标移到下一行参数起始位置，FstCurueCode（000－999）AutoGainGainInteYearMonthDayHourMinuteSecondAverageNum.（0—4）：：090：ON：5：2：03：09：17：14：21：35：4可继续设置下一项参数。如果某项参数需保持原值，则可不设置，直接按“↙”光标移至再下一行。各项功能说明如下：序号名称功能说明1FstCurueCode起始光谱曲线号.（000—999）：三位数有效，输入的数值为即将开始测试的第一条曲线的编号，只要不重新设置，每测一条曲线，该编号自动加1，关机后此编号仍可保持。2AutoGain自动增益（ON/OFF）：光标在此项设置时，按下任一数字键可改变原状态，即ON→OFF或OFF→ON。如按回车“↙”键则保持原状态并进入下一项设置。在自动增益ON状态下，系统会自动选择合适的增益和积分时间（测水功能除外）。在自动增益OFF状态下，可以手工设置增益和积分时间。3Gain增益（0—7）：增益值为0时最小，7为最大，如果输入值超出此范围，则在正式测量时增益值强行置为0。如不重新设置则保持原值不变。信号放大率与增益值G的关系为2G，即按2倍比例递增。4Inte积分时间（0—2）：积分时间为0时为最小，2为最大，如果输入值超出此范围，则一律计为“0”。积分时间为零时CCD积分时间约为80ms，单条曲线测量时间（不进行测本底和调零操作）约为1.3秒。积分时间亦按2倍关系递增。但请注意的是积分时间与仪器响应并不成绝对线性关系。较长的积分时间将改进测量信号的信噪比，但使测量时间加长。在自动增益ON状态下，仪器将自动选择Inte=2，除非在增益=0即最小时仍有限幅。如果用户想提高测量速度，请将AutoGain设置为OFF状态自行进行积分时间设置。5Year时间(YY/MM/DD/HH/MM/SS)此六项合起来为时间设置，菜单提示当前内部时钟时间，光标指向待设项（年，月，日，时，分，秒）。6Month7Day8Hour9Minute10Second11AverageNum.(0—4)：测量平均精度N（0—4）：表示测量结果数据为2N次测量的平均值；最多为16次平均。用户可以自行设定。完成设置参数操作后，打开镜头盖即可进行测量。一次测量仪器将进行2N次的曲线采样和平均（测水除外）；而一次完整的测量必须包括对CCD本底信号的测量和扣除，如果仪器设置为自动增益状态，仪器则首先将进行增益和积分时间的调整。5-3〖Reference〗参考板测量在主菜单上键入“2”，选择此功能。进入此功能后，仪器将首先进行测量本底的工作，此时可听见光学头部发出轻微的“喀哒”声，此为挡板继电器闭合的声音。仪器光学头部再次发出“喀哒”声后表示本底测量完成，挡板打开。随后仪器即进行信号测量。完成测量和运算后，显示屏将显示第一条测量曲线，并附有此曲线的曲线号、增益、积分时间。如果按下“↙”键即可进行下一条曲线的测量。在此工作方式下测量的曲线数据在传输到计算机进行数据处理时，生成的光谱文件自动以“.ref”作为文件的扩展名；表示此为参考板文件。进入测试状态后可以使用测量手柄上的“►”键进行下一条曲线测试在测试前可以使用“☼”键打开指示激光器进行目标对准。5-4〖Target〗目标测量在主菜单上键入“3”，选择该功能。测量过程与“2”功能的测量基本相同。只是测试的曲线数据在传输到计算机进行数据处理时，生成的光谱文件自动以“.tat”作为文件的扩展名；表示此数据为目标地物文件。5-5〖Display〗显示在主菜单上，选择“4”，进入Display显示功能。LCD屏幕显示该功能的子菜单选择“1”，出现如下子菜单，显示测量的光谱曲线；这时即可输入需显示的光谱曲线号，LCD屏幕显示坐标、光谱曲线，并在屏幕右侧显示曲线号，测量该曲线的增益和时间。每按一次“↙”键，显示同类型曲线，曲线号自动加1，显示下一条曲线。如果遇到屏幕显示“NO！”，则说明系统并无存储此编号的曲线。按“Esc”键可退回上一级菜单。若在上一级菜单中选择“2”，出现如下子菜单，可以即时观看被测目标的反射率。1、Spect.curve2、Refl.curveCurveCode：（000－999）：081EsctoExit“Tar.Code”表示选择目标光谱曲线；屏幕上显示的曲线号为所测最新一条目标（Tar）曲线，为默认选择。若用户不另选，系统即把它作为目标曲线。“Ref.Code”表示选择参考板光谱曲线；同理，屏幕上显示的曲线号为所测最新一条参考板（Ref）曲线，为默认选择。“Ref.type”表示选择参考板类型；“1－W2－G”表示：键入“1”选择白板（W表示white）；键入“2”选择灰板（G表示gray）。最后，按下“↙”键，屏幕上即可显示出所选目标的反射比曲线。两种参考板的反射比数据事先已由主机程序传入，存储在内部RAM里，无需用户考虑（ISI921VF-512不包含此项功能）。5-6〖Test〗检验测试在主菜单上键入“5”选择此功能。测量过程类似上述〖Reference〗参考板测量和6-3〖Target〗目标测量功能，但是，数据不存储，所以，显示的光谱曲线号为无效编号（从0700开始）。此功能只是为了给用户提供一个判