基于Q285高速成像光谱仪的海洋表面高光谱偏振成像规律研究

英文名称：Hyperspectral polarimetric imaging of the ocean surface

美国华盛顿特区海军研究实验室遥感科/纽约城市大学城市学院

本文以Q285船载高光谱数据为实例，采用水面以上测量法，对海洋表面的高光谱偏振成像规律进行了研究。Q285是一种先进的高光谱快照成像仪，能同时获得450-950nm波长范围内（40°FOV、4nm光谱分辨率）的光谱。成像仪前另外安装有由计算机控制的5轮滤波轮（一个暗场，一个非偏振，三个线性偏振片方向分别为0°、45°和90°），以便采集海洋表面的Stokes矢量图像，进而在非偏振和偏振模式下，对水体辐射（Lt）、天空辐射度（Ls）和离水辐射度（Lw）这三者的象元误差进行分析。

图1 不同波段下的象元误差（a）左：Lt，中：Ls，右：Lw；（b）对应的水面全色图像；（c）天空；（d）高光谱成像仪

图2 遥感反射率，（a-b）墨西哥海湾；（c）鸭子码头；（d）布鲁克林码头

图3 ROI辐射度测量值（风速5.6m/s）和模拟值的比较

图4 离水辐射度变化系数与风速关系图

图5 （a）μt；（b）μs（粉色点为饱和像素数据点，已去掉）

图6 不同水体表面的反射光谱图（去除了天空光成分），（a）非偏振与偏振光谱图；（b-e）不同测量点的天空光光谱图

结论：

Q285高光谱成像仪采用画幅式光谱成像技术，可在0.1ms内实现所有通道同步成像，具有FOV 40°的宽视角，对不同光照和风速条件下的风粗糙表面的直接表征有很高的参考价值。其测量结果与GER模拟的结果表现出很好的一致性，验证了成像仪的校准精度高。依据测量结果推测，基于高光谱成像仪的海洋偏振现象研究也可在蓝光区开展，有望在整个光谱范围内提供可靠信息，弥补卫星在沿海水域蓝色波段范围检测能力的不足。