Общая информация по основным спектральным библиотекам
Обсудить в форуме Комментариев 2
Спектральные библиотеки представляют собой наборы графиков-кривых спектральной отражательной способности объектов, полученные многоканальными спектрометрами в полевых или лабораторных условиях. Последний вариант создания библиотек встречается наиболее часто.
График спектральной кривой (далее спектральная кривая) представляет из себя графическое отображение связи между длинной волны и значениями коэффициентов отражения у анализируемого объекта. По оси Х − значения длин волн, в которых проводились измерения коэффициентов отражения, как правило, указываются в микрометрах или нанометрах. По оси Y − значения коэффициентов отражения в рассматриваемых зонах спектра, измеряемых, как правило, в долях единицы.
Рассмотрим график спектральной кривой характерный для любой фотосинтезирующей растительности.
Спектральная кривая отражает все характерные черты присущие анализируемому объекту. Главными факторами, влияющим на спектральные характеристики растений являются пигментация, особенности внутреннего строения листьев, общее содержание влаги. В синей и красной зоне спектра отражательная способность растений очень низкая. Обусловлено это тем, что хлорофилл, содержащийся в листе, поглощает большую часть падающей энергии в этих диапазонах длин волн, расположенных приблизительно около 0,44 и 0,66 мкм. В зеленой зоне энергии отражается больше, поэтому мы и видим растительность зеленой. В ближнем инфракрасном диапазоне наблюдаются максимальные значения коэффициентов отражения для растительности. Обусловлены они особенностями внутреннего строения листьев и связанными с ним очень высокой пропускной и отражательной способностью, при очень низком поглощении энергии. Ярусность, многослойность, высокая биомасса приводят к высоким значениям коэффициентов отражения. Низкие значения коэффициентов отражения в синей и красной зонах спектра и высокие в зеленой и ближней ИК являются характерной особенностью спектральных кривых растительности. В среднем инфракрасном диапазоне сильное влияние на форму спектральной кривой оказывают полосы поглощения воды в длинах волн 1,4, 1,9 и 2,7 мкм. Большая часть падающей энергии поглощается водой, имеющейся в листе, а остальная ее часть отражается.
Дополнительную информацию по спектральным свойствам различных природных объектов можно найти в:
Основное назначение спектральных библиотек – визуальное или автоматическое сравнение кривых спектральной отражательной способности различных объектов для выявления характерных зон поглощения/отражения энергии и использование полученной информации при проведении спектрального анализа. Такое сравнение может производиться как между спектральными кривыми различных объектов, так и между кривой снятой спектрометром и со снимка.
Использование данных спектральных библиотек в качестве эталонов при проведении спектрального анализа для выявления объектов на конкретном снимке требует соблюдения ряда обязательных требований.
Прообразом современных спектральных библиотек можно считать Атлас спектральных кривых отражения природных образований, составленный Криновым Л. Е. в 1938 году. Опубликованная в 1947 году работа содержит данные по спектральной отражательной способности лесных насаждений, кустарников, травяного покрова, мхов, полевых и огородных культур, грунтов и почв, искусственных материалов в разных природных зонах (Кринов, Е.Л. Спектральная отражательная способность природных образований. М.-Л. Изд-во АН СССР. 1947 (скачать, PDF, 72Mb)).
На сегодняшний день существует несколько общедоступных спектральных библиотек:
USGS Digital Spectral Library
Библиотека создана в USGS Spectroscopy Lab’s (текущая версия splib06a - сентябрь, 2007). Содержит данные о спектральной отражательной способности минералов, горных пород, грунтов, жидкостей, летучих соединений, замороженных летучих соединений, растительности, искусственных материалов в диапазоне от 0,2 до 150 микрометров. Всего более 1300 спектральных кривых. Библиотека находится по адресу: http://speclab.cr.usgs.gov/spectral-lib.html. Подробное описание библиотеки http://speclab.cr.usgs.gov/spectral.lib06/ds231/index.html#ASCIID и содержание библиотеки http://speclab.cr.usgs.gov/spectral.lib06/ds231/datatable.html. Данные могут быть скачены по следующей ссылке: http://speclab.cr.usgs.gov/spectral.lib06/.
Часть библиотеки включена в поставку ENVI:
\IDL**\products\envi**\spec_lib\usgs_min\
\IDL**\products\envi**\spec_lib\veg_lib\
Название файла | Описание | Количество спектров |
---|---|---|
usgs_min.sli |
USGS Mineral Spectral Library |
481 |
usgs_veg.sli |
USGS Vegetation Spectral Library |
17 |
JPL (Jet Propulsion Lab) spectral library
Библиотека включает в себя кривые спектральной отражательной способности для 160 минералов в диапазоне от 0.4 до 2.5 микрометров. Для 135 минералов выполнены измерения при разных размерах зерна минерала (размер частиц минерала) – 125-500 микрометров, 45-125 микрометров и < 45 микрометров. Основное назначение библиотеки – показать влияние размера зерна на спектрально отражательную способность минералов.
Описание библиотеки находится по адресу: http://speclib.jpl.nasa.gov/documents/jpl_desc.
Библиотека включена в поставку ENVI:
\IDL**\products\envi**\spec_lib\jpl_lib\
Название файла | Описание | Количество спектров |
---|---|---|
jpl1.sli |
JPL Mineral Spectral library with <45 micrometers grainsize |
160 |
jpl2.sli |
JPL Mineral Spectral library with 45-125 micrometers grainsize |
135 |
jpl3.sli |
JPL Mineral Spectral library with 125-500 micrometers grainsize |
135 |
Johns Hopkins University Spectral Library
Была создана под руководством John W. (Jack) Salisbury в университете Джона Хопкинса. Библиотека включает в себя кривые спектральной отражательной способности для минералов, горных пород, почв, метеоритов, лунного грунта, искусственных материалов, снега, льда, растительности в диапазоне от 0.4 до 14 микрометров. Описание библиотеки находится по адресу: http://speclib.jpl.nasa.gov/documents/jhu_desc.
Библиотека включена в поставку ENVI:
\IDL**\products\envi**\spec_lib\jhu_lib\
Название файла | Описание | Количество спектров |
---|---|---|
ign_crs.sli |
Igneous Rocks - Coarse (0.4-14 micrometers) |
34 |
ign_fn.sli |
Igneous Rocks - Fine (0.4-14 micrometers) |
33 |
lunar.sli |
Lunar Materials (2.08-14 micrometers) |
17 |
manmade1.sli |
Man Made Materials (0.42-14 micrometers) |
14 |
manmade2.sli |
Man Made Materials (0.3-12.5 micrometers) |
19 |
meta_crs.sli |
Metamorphic Rocks - Coarse (0.4-14.98 micrometers) |
25 |
meta_fn.sli |
Metamorphic Rocks - Fine (0.4-14.98 micrometers) |
29 |
meteor.sli |
Meteorites (2.08-25 micrometers) |
59 |
minerals.sli |
Minerals (2.08-25 micrometers) |
324 |
sed_crs.sli |
Sedimentary Rocks - Coarse (0.4-14 micrometers) |
15 |
sed_fn.sli |
Sedimentary Rocks - Fine (0.4-14.98 micrometers) |
13 |
snow.sli |
Snow (0.3-14 micrometers) |
4 |
soils.sli |
Soils (0.42-14 micrometers) |
25 |
veg.sli |
Vegetation (0.3-14 micrometers) |
3 |
water.sli |
Water (2.08-14 micrometers) |
3 |
ASTER spectral library
ASTER spectral library (текущая версия 2.0 - декабрь, 2008) была создана для поддержки использования снимков Terra/ASTER и содержит данные из перечисленных выше спектральных библиотек. Всего в ней содержится более 2400 спектральных кривых естественных и искусственных материалов в диапазоне от 0,4 до 15,4 микрометров. Библиотека находится по адресу: http://speclib.jpl.nasa.gov/search-1. Описание библиотеки: http://speclib.jpl.nasa.gov/downloads/RSE_D_08_00553.pdf.
IGCP264 Spectral Library
Спектральная библиотека была создана в 1990 году в рамках проекта IGCP 264. Она включает в себя измерения 5 различных спектрометров для 27 хорошо изученных минералов. Основное назначение библиотеки – показать влияние спектрального разрешения и спектрального диапазона при изучении спектральной кривой.
Библиотека включена в поставку ENVI:
\IDL**\products\envi**\spec_lib\ igcp264\
Название файла | Спектрометр | Количество спектров |
---|---|---|
IGCP-1.SLI |
CSES Beckman Spectrometer |
27 |
IGCP-2.SLI |
Brown University Relab Spectrometer |
27 |
IGCP-3.SLI |
CSES SIRIS (GER) Spectrometer |
27 |
IGCP-4.SLI |
USGS Denver Beckman Spectrometer |
27 |
IGCP-5.SLI |
CSES PIMA Spectrometer |
27 |
Кроме этого в ENVI включены 2 спектральные библиотеки, содержащие информацию о спектральной отражательной способности растительности. Их автор - Chris Elvidge:
\IDL**\products\envi**\spec_lib\veg_lib\
Название файла | Описание | Количество спектров |
---|---|---|
veg_1dry.sli |
Published Dry Plant Material Spectra |
74 |
veg_2grn.sli |
Jasper Ridge Spectral Library for Green Vegetation, Dry Vegetation, and Rocks Jasper Ridge Biological Reserve |
25 |
Как видим, существующие библиотеки содержат, в основном, кривые для различных минералов и горных пород и применяются они для картирования минералов, горных пород поиска месторождений. Отсутствие подробных общедоступных спектральных библиотек для растительности связано не столько с их ненужностью, сколько со сложностью их создания. Главная причина возникновения этой сложности – изменение спектральной отражательной способности растительности как в пространстве, так и во времени. Изменение спектральной отражательной способности во времени обусловлено тем, что растительность постоянно изменяется. На протяжении вегетационного периода меняется содержания хлорофилла, изменятся структура листа, увеличивается биомасса и т.д. Эти изменения для одного и того же вида растений могут произойти в разное время в зависимости от метеорологических условий района произрастания (то есть в зависимости от их географического положения). Всё это приводит к необходимости иметь в библиотеке множество кривых для одного и того же объекта.
Обсудить в форуме Комментариев 2
Последнее обновление: September 09 2021
Дата создания: 27.08.2009
Автор(ы): Александр Черепанов
© GIS-Lab и авторы, 2002-2021. При использовании материалов сайта, ссылка на GIS-Lab и авторов обязательна. Содержание материалов - ответственность авторов. (подробнее).