基于连续统去除法的湿地松叶绿素含量高光谱估算模型

采用ASD野外光谱辐射仪在BRDF测试系统环境下对野外采集的湿地松叶片样本进行光谱测量,以获得湿地松的叶片光谱反射率,并利用UV2450-紫外可见分光光度计对湿地松叶片进行叶绿素含量测定.采用连续统去除法对光谱数据进行处理分析,计算波段深度(BD)、波深中心归一化(BNC)、波段面积归一化(BNA)、波段深度归一化指数(NBDI)和反射率差异比率(DRR(λi))等光谱特征参数,通过对湿地松叶片叶绿素含量与光谱特征参数的相关性分析,得到NBDI748,BNC749,BNA617,BNA748四个特征参量,与湿地松叶绿素含量建立估算模型并对模型进行精度检验.结果表明以BNA617为变量建立的光谱参量模型能够较好的估算湿地松叶绿素含量.     

基于偏最小二乘法的樟树叶片叶绿素含量高光谱估算

在BRDF测试系统环境下利用ASD便携式野外光谱仪采集樟树叶片光谱,并用UV2450-紫外可见分光光度计对观测叶片进行叶绿素含量测定.考虑到植物色素(叶绿素和类胡萝卜素)对叶片反射光谱的影响主要体现在可见光波段,选取400~900 nm范围波段光谱反射率与叶片叶绿素含量反演偏最小二乘法(PLS)模型,其中29个样本用于建模,10个样本用于验证,结果表明:当主成分个数为4时,PLS模型具有最佳的效果,4个主成分累计解释了99.91%的自变量信息和89.71%的因变量信息,此外,PLS模型能够充分利用高光谱信息,具有较高的精度和稳定性.通过与原始光谱和一阶导数光谱拟合的估测模型进行对比分析,得出PLS模型无论是从建模样本精度还是验证的误差方面均优于这两种传统的模型,适合于利用高光谱数据进行叶绿素含量的估测.     

台湾相思树叶片叶绿素含量的高光谱参量模型研究

在BRDF测试系统环境下利用ASD便携式野外光谱仪采集台湾相思树叶片光谱,并用UV2450-紫外可见分光光度计对观测叶片进行叶绿素含量测定.采用原始光谱、导数光谱技术及连续统去除法对光谱数据进行分析,得到估算台湾相思树叶绿素含量的光谱特征参数(DV575、BNA726、BNC726).结合实测叶绿素含量数据,构建台湾相思树叶片叶绿素含量的光谱参量模型.结果表明DV575与BNC726两参量构建模型估测精度较高,其中用一阶导数光谱变量估测精度最高,均达到83%以上.     

紫外-可见光去浊度反演水体叶绿素a含量

城市景观水体的叶绿素a含量可直接反映其水质。紫外-可见光谱方法可快速低廉反演叶绿素a的含量,但城市水体水深较浅、浊度较高,容易对该波段光谱产生干扰。采用实验室培养的螺旋藻水样和浊度水样的混合水样来模拟城市景观水体环境,并使用UV—2600分光光度计获取混合水样的吸光谱数据;对吸光谱数据分别建立一元线性回归模型、偏最小二乘算法(PLS)模型和BP神经网络模型,以寻找降低水体浊度干扰的办法,为水体水质评价提供可靠参考数据。结果显示,BP神经网络预测模型可以同时预测混合水样中叶绿素a的浓度和浊度的浓度值,模型预测值与样本测量值之间的R~2为0. 997 2,并且模型的预测误差在5%以内。去浊度反演水体叶绿素a含量的能力最高;偏最小二乘算法模型测量值与预测值的R2为0. 999 4,模型的预测误差小于4%,但该模型在预测叶绿素a浓度时不能同时预测浊度值,去浊度反演叶绿素a含量的能力次之;一元线性回归模型的去浊度反演叶绿素a含量的能力最差。     

叶绿素含量BP反演模型的光谱信息输入因子构建研究

植被叶绿素含量的高光谱反演是当今研究的热点,传统后向传播(BP)神经网络是其常用的一种反演模型。高光谱数据虽然具有精细光谱分辨率,但也造成了大量的信息冗余与噪声;而小波包变换(WPT)可以有效地抑制高光谱数据噪声和压缩信号,同时主成分分析(PCA)能够很好地降低模型输入因子的维数并可简化网络结构。以盆栽玉米为研究对象,在玉米叶片光谱数据对数变换并一阶微分处理的基础上,针对叶绿素含量的BP反演模型,提出了基于相关系数(CC)、WPT和WPTPCA的输入因子构建方法,并形成了叶绿素含量的CC-BP、PCA-BP及WPT-PCA-BP三种反演模型。通过比较玉米叶片叶绿素含量的实测值与三种BP模型反演结果,表明基于WPT-PCA构建BP模型的输入因子数量虽仅有6个却并不影响其反演精度,也能包含原始光谱的92%信息,且优于基于PCA和传统CC所构建输入因子的BP模型反演能力。     

基于粒子群和神经网络的珠江口叶绿素a浓度反演

由于近岸河口地区水体复杂的光学特性,以往Ⅰ类水体的叶绿素a反演方法已不再适用.因此,文章提出基于粒子群和BP神经网络的近岸河口地区复杂水体叶绿素a定量反演方法.利用2015年11月以及2016年5月2次现场实测高光谱和水体叶绿素a浓度数据,对光谱数据进行平滑处理,建立叶绿素a浓度的PSO-BP神经网络反演模型,并与波段比值、三波段、改进三波段和四波段反演模型进行对比分析.结果表明,经过粒子群优化的BP神经网络模型反演精度最高,模型总体相对误差低于20%,比常规波段组合模型更适合近岸河口复杂水体的叶绿素a反演;改进三波段和四波段模型的拟合效果较好,但易出现较大偏差,在近岸河口类复杂水体估算能力有限.     

利用BP神经网络预测大伙房水库叶绿素a质量浓度

利用HJ-1卫星CCD数据,通过MATLAB软件计算,分析了多光谱CCD数据的4个波段(近红外波段、红色波段、绿色波段、蓝色波段)参与的65个波段组合与叶绿素a质量浓度之间的关系.研究发现波段组合T1=B4/B3与叶绿素a质量浓度相关性最高,并以此为自变量建立一维线性模型.利用BP神经网络进行模型建立与预测,对比两者的拟合度R2和均方根误差RMSE以及验证点的相对误差.结果表明,利用BP神经网络预测的大伙房水库叶绿素a质量浓度与实测值较为接近,并且效果优于线性模型.     

近红外光谱法对土壤有机碳组成的无损分析

利用近红外光谱(NIR)结合化学计量学方法建立一种定量监测土壤有机碳组成的新方法.对109个土壤样品进行近红外光谱采集,按常规方法测定土壤样品中总有机碳(SOC)及土壤样品中胡敏酸(HA)和富里酸(FA)有机碳的含量,再应用径向基函数(RBF)人工神经网络建立土壤样品的近红外光谱和有机碳组成含量间的数学校正模型.所建模型通过遗传算法(GA)自动选择最佳光谱处理方法和最优网络拓扑结构,同时构建了全光谱数据神经网络和GA自动优化光谱波段的神经网络模型,讨论了敏感光谱的选取对模型预报性能的影响.采用多元散射校正(MSC)光谱处理后建立的RBF神经网络模型为最优,该模型的预测精度和稳定性较好,可发展为复杂土壤系统中定量分析土壤有机碳组成的新方法.     

基于光谱反射特征葡萄叶片含水率模型的建立

采用光谱分析技术对葡萄缺水状况进行了定量分析,对4种水分胁迫下的葡萄叶片的光谱数据进行分析,发现703nm的导数光谱及460,720,1450,1650和1920nm波段的光谱反射率与葡萄干基含水率呈极显著相关.为克服多重共线性影响,采用主成分回归法建立了叶片干基含水率的定量分析模型,模型预测值与实测值的相关系数为0.94,模型的检验误差(RMSE)为0.15.     

大豆叶片水平叶绿素含量的高光谱反射率反演模型研究

利用便携式光谱仪和分光光度计法分别测得大豆生长期内叶片的高光谱数据及相应的叶绿素质量分数w,利用多元统计分析和红边参数反演提取与叶片水平的w(叶绿素)相关性较高的敏感波段和光谱形式,及特征光谱位置,并以此为基础推演得到一个基于神经网络算法的叶绿素含量反演模型,结合了3种方法的优点,具有较高的反演精度.     

Quantifying biochemical variables of corn by hyperspectral reflectance at leaf scale

To further develop the methods to remotely sense the biochemical content of plant canopies, we report the results of an experiment to estimate the concentrations of three biochemical variables of corn, i.e., nitrogen （N）, crude fat （EE） and crude fiber （CF） concentrations, by spectral reflectance and the first derivative reflectance at fresh leaf scale. The correlations between spectral reflectance and the first derivative transformation and three biochemical variables were analyzed, and a set of estimation models were established using curve-fitting analyses. Coefficient of determination （R2）, root mean square error （RMSE） and relative error of prediction （REP） of estimation models were calculated for the model quality evaluations, and the possible opti- mum estimation models of three biochemical variables were proposed, with R2 being 0.891, 0.698 and 0.480 for the estimation models of N, EE and CF concentrations, respectively. The results also indicate that using the first derivative reflectance was better than using raw spectral reflectance for all three biochemical variables estimation, and that the first derivative reflectances at 759 nm, 1954 nm and 2370 nm were most suitable to develop the estimation models of N, EE and CF concentrations, respectively. In addition, the high correlation coefficients of the theoretical and the measured biochemical parameters were obtained, especially for nitrogen （r=0.948）.     

野鸭湖湿地牛鞭草不同覆盖度的光谱特征分析

采用导数法和包络线去除法,分析了不同覆盖度牛鞭草的光谱特征.结果表明,不同覆盖度的牛鞭草在绿光波段出现反射峰,在红光波段出现吸收谷,近红外波段处具有"红边效应".不同盖度的牛鞭草光谱反射率的差异主要体现在绿光(520～600 nm)和近红外波段(760～900 nm).在近红外波段范围内,反射率随覆盖度的增加而增大,两者呈极显著正相关(P<0.01).此外,红光波段比蓝光波段有更为强烈的吸收效应.我们的研究表明,高光谱遥感可以有效地应用于湿地植物覆盖度或与之相关的生长情况的监测之中.     

铅离子胁迫下盆栽玉米叶片光谱微分的红边响应研究

基于重金属铅(Pb)污染的盆栽实验玉米,采用光谱仪和叶绿素仪测量了不同浓度Pb~(2+)胁迫下玉米老、中、新叶片的反射光谱及其叶绿素含量;也运用质谱仪测定了不同胁迫浓度叶片中Pb~(2+)含量。对玉米老、中、新叶片中的叶绿素含量与各类叶片及土壤中的Pb~(2+)浓度进行了相关性分析;并为了区分玉米叶片铅离子污染程度和预测Pb~(2+)含量,提出了红边一阶微分曲线面积比值(FARR)和红边一阶微分峰前面积(FABR)参数;同时与常规红边一阶微分包围面积(FAR)、红边一阶微分曲线陡峭度(FCDR)、红边位置(REP)以及红边最大值(MR)作运用比较,实验结果表明,玉米叶片中的叶绿素含量从新叶、中叶到老叶逐渐增加,并随着土壤中Pb~(2+)浓度的升高而降低;受到Pb~(2+)胁迫时,新叶片到老叶片的REP"蓝移"更为明显;FARR和FABR在Pb~(2+)的胁迫程度区分和污染监测方面比FAR、FCDR、REP、MR具有更好的预测效果。     

内蒙古草原不同空间尺度的植被反射波谱特征分析与鉴别

在区域尺度上,不同地带性的草地植被反射波谱特征之间差异极显,利用可见光波段反射率形成的鉴别函数可以在平均识别错误概率低于20％的精度上予以鉴别,而在中小尺度上群落波谱反射特征的差异程度与群落类型有关,典型草原的几个代表性群落－大针茅草原群落、克氏针茅草原、羊草草原、冷蒿草原等群落波谱特征的差异程度较高,平均鉴别错误概率小于15％,而在荒漠草原中,只有在灌丛化与非灌丛化草地群落之间波谱特征才有显差异,但在非灌丛化群落复合体内部,不同群落之间反射波谱特征差异较小,草甸草原中主要群落的反射波谱特征之间的差异程度也较低。     

锶胁迫条件下生菜光谱效应特征

锶（Sr）胁迫条件下生菜的反射光谱特征会发生明显改变。通过室内生菜水培试验，获取了36个不同生长期、6个不同锶浓度胁迫的生菜叶片400～950 nm波段区间的生化参数信息（叶绿素含量、细胞结构、叶片金属含量）和反射光谱信息，利用光谱技术并结合数学统计方法研究了生菜叶片7个光谱特征参数与实测叶片锶元素含量之间的相关性，优选了较敏感光谱特征参数，建立了其与生菜叶片锶含量的线性回归模型。结果表明，锶胁迫生菜叶片叶绿素含量呈先上升后下降的规律，细胞结构差异不明显。锶胁迫生菜叶片反射光谱直观上无规律，通过采用光谱技术方法分析得出锶胁迫生菜叶片的红边波段位置先“红移”再“蓝移”，红谷波段位置则“红移”，植被指数B4/B3比值先升高后降低，红边归一化植被指数（NDVI）值随着锶浓度的升高而降低。相关性及线性回归模型分析表明红边波段位置与叶片锶含量显著相关。本文为下一步基于光谱特征的叶片重金属含量反演模型的构建提供了较好的数据源和基础理论。     

基于光谱特征的沉水植物种类识别研究

沉水植物种类的光谱特征识别可为大尺度遥感监测沉水植被提供种类识别的有效参数.本研究利用高光谱地物光谱仪获取上海市郊最大的天然淡水湖泊淀山湖6种典型沉水植物狐尾藻、竹叶眼子菜、金鱼藻、大茨藻、黑藻和苦草群落冠层的反射光谱,分析不同种类沉水植物的原始光谱和一阶导数光谱特征,通过主成分分析(Principal Components Analysis,PCA)筛选对沉水植物光谱种间差异敏感的植被指数和光谱指数,探寻能够有效识别不同种类水生植物的光谱识别方法.研究结果表明:①不同种类沉水植物的光谱曲线形状在可见光和近红外波段近似,但光谱反射率值差异较大;②光谱指数NAV、REP和NGP是识别6种沉水植物最敏感的特征指数,这些指数综合体现和放大了不同种类沉水植物在形态结构、叶绿素含量、光合和保护色素等方面的特征及所栖居的水体环境特征的种间差异.研究结果可为高光谱遥感影像准确解译与提取沉水植物群落组成、分布和生物多样性的动态变化信息提供理论依据和技术支持.     

An accessory chromophore in red vision

In the absence of a red-sensitive visual pigment, some deep-sea fish use a chlorophyll derivative in their green-sensitive rod cells in order to see deep-red light. Here we show that living rods extracted from a salamander can also accumulate an exogenous chlorophyll derivative, chlorin e6, that renders them as sensitive to red light as they are to green. This vision enhancement by an unbleachable chlorophyll derivative might therefore be a general phenomenon in vertebrate photoreception.     

灰色关联度在光谱曲线相似度分析中的应用

准确度量目标与背景光谱曲线的相似程度对于目标伪装效果评价具有重要意义.基于灰色关联分析理论,定义了综合关联度量化光谱曲线间的相似程度;所建立的综合关联度整合了灰色关联度和一阶导数关联度的优点,全面反映了曲线之间的接近程度;综合关联度模型可以较为全面、客观地反映目标光谱曲线与参考光谱曲线的相似程度.研究结果可为目标伪装效...