东部地区典型自然背景光谱反射特性分析

龚达、金国栋、杨钦

（中国建筑第八工程局有限公司，上海 200120）

[摘要]：对典型自然背景光谱反射特性进行数据采集和理论分析，依据颜色混合原理和不同背景光谱反射特征对伪装基础色进行优化，完成伪装基础色体系优化。对自然背景中典型绿色植被、土壤、岩石等的光谱反射特性开展数据采集和理论分析，分析不同典型自然背景的光谱反射特性并加以分类总结，能够为伪装基础色体系的提出和建立提供数据依据和理论支撑。

[关键词]：自然背景；光谱反射特性；

一、引言

侦察与伪装贯穿于战争的始终，侦察的目的是发现、识别、描述目标的性质、位置信息、规模数量等，为精确制导等各种火力打击方式以及战术、战略意图提供信息基础，特别是近现代战争将侦察与打击一体化形成了发现即摧毁的作战模式，而伪装的目的是隐蔽、模糊、歪曲和干扰侦察，降低目标被发现、被精确制导打击的概率。现代战争中的人员和武器装备常采用与自然背景接近的伪装色以躲避敌方的可见光侦查。对于伪装色而言，典型自然背景的光谱反射特性是重要的研究数据，配制出的伪装色必须与自然背景光谱反射特性相近才能具有优良的光学波段伪装性能（0.38~1.1μm）。因此通过查阅大量文献资料确定了典型的绿色植被、土壤和岩石等自然背景，并采用野外分光光度计对这些典型自然背景的光谱反射特性进行了数据采集和理论分析研究。

二、绿色植被背景的光谱反射特性测量与分析

通过对绿色植被的特点进行分析，确定以深绿、中绿和黄绿三类典型植被作为研究对象，利用野外分光光度计采集了这些典型绿色植被的光谱反射曲线，并对植被光谱反射曲线特点进行了归纳和理论分析。

2.1  典型绿色植被背景的光谱反射特征测量

不同绿色植被具有不同的光谱反射特征，这主要是由于它们组织结构、季节和生态条件的不同而引起的，但总体而言，不同种类绿色植被的反射光谱曲线均具有一个共同特点，即呈现出明显的“峰和谷”的特征，这要大大区别于其它背景（如土壤、岩石等）的光谱反射特征。

2.2典型绿色植被光谱特征的理论分析

绿色植被的光谱曲线呈现出明显“峰和谷”的光谱特征。以下便结合绿色植被的结构组成（叶绿素、细胞结构、含水量等）对绿色植被在可见光、近红外和中远红外波段的光谱反射特征进行理论分析。

对于可见光波段（0.38~0.78μm），蓝光范围（0.45μm附近）和红光范围（0.67μm附近）的反射率较低，绿光范围中值附近（0.55μm附近）出现一个反射率极大值。这主要是由于绿色植物中叶绿素a、叶绿素b对蓝光和红光的吸收作用较强，而同时对绿光反射作用较强所引起。

对于近红外波段I（0.7~1.1μm），在0.7~0.8μm范围，绿色植被的反射率随波长增加发生显著的增大，至1.1μm 附近反射率达到一个峰值。这形成了绿色植被的独有光谱特征。0.7~0.8μm范围的反射率陡升主要是由于绿色植被叶肉细胞结构中的海绵组织具有很多空腔，进而形成很大的反射表面所致。0.8~1.1μm波段范围较高的近红外反射率是绿色植被叶片中栅栏组织的吸光反光特性的反映。

对于近红外波段II（1.1~2.5μm），绿色植被的反射率随着波长的增加反射率逐渐降低，且在1.45μm、1.95μm和2.70μm附近出现三个反射率“低谷”，这主要是由于绿色植被中所含的水分对近红外光线的吸收所引起的。

三、土壤背景的光谱反射曲线测量与分析

通过对东部地区土壤的特点进行分析，确定以沙土、红土等2类典型土壤作为研究对象，利用野外分光光度计采集了这些土壤的光谱反射曲线，并对土壤光谱反射曲线的特点进行了归纳和理论分祈。

在0.38~1.1μm的光学近红外波段，土壤背景的反射率随着波长的增加有逐渐增大的趋势，且光谱反射曲线较平滑，没有出现明显的“峰和谷”特征。相比于绿色植被背景，土壤的反射率较低。还可以看出有机质含量较低、粒径较细对应着更高的反射率；含水量较低的对应着更高的反射率。土壤的反射率除了受上述的粒径、有机质含量和含水量影响外，土类和肥力也会对反射率产生影响。

四、岩石背景的光谱反射曲线测量与理论分析

通过对岩石的特点进行分析，确定以红土、褐土两类典型岩石作为研究对象，利用野外分光光度计采集了这些典型岩石背景的光谱反射曲线，并对岩石背景光谱反射曲线特点进行了归纳和理论分析。

在0.38~1.1μm的光学近红外波段，岩石背景的反射率随着波长的增加有逐渐增大的趋势，且光谱反射曲线较平滑，没有出现明显的“峰和谷”特征。其反射率总依上要低于绿色植被背景，与土壤背景相近。还可以看出，红土色岩石的反射率要高于褐土色岩石。岩石是一种由不同物理化学性质物质（原生矿物、次生矿物、水分、有机质等）的混合物，岩石背景的反射率主要受矿物成分、矿物含量、风化程度、含水状况、颗粒大小、表面光滑程度、色泽等的影响。

五、绿色植被、土壤和岩石背景的光谱反射性能分析

由前述不同背景的光谱反射曲线测量结果可以看出，绿色植被、土壤和岩石背景的反射率均随着波长的增加而增大，高于某一波长范围时基本保持不变。都体现出近红外波段的反射率高于可见光波段的特点，其中土壤、岩石背景两个波段的反射率差异相对较小，而绿色植被背景的近红外波段的反射率则要大大高于可见光波段。

相比于土壤和岩石背景，绿色植被的光谱反射曲线存在五个特征：（1）在0.55μm附近的绿光波段出现一个反射率的极大值，这是绿色植被叶片中栅栏组织的叶绿素吸光反光特性的体现；（2）在0.7-0.8μm范围出现反射率曲线的陡升，这是绿色植被叶片中的海绵组织结构特性的反映；（3）绿色植被在0.8-1.1μm波段具有较高的近红外反射率，这是绿色植被叶片中却栏组织的吸光反光特性的反映；（4）在1.1~2.5μm波段的反射率随着波长的增大而降低，这体现出绿色植被叶片组织和细胞中占较大比例的构成物（水）的吸光特性的反映；（5）在1.1~2.5μm波段的1.45μm、1.95μm和2.70μm附近出现三个反射率“低谷”，这是植被细胞中所含水的本身的吸光特性的反映。由于绿色植被的特征（4）和特征（5）主要与绿色植被中所含的水分有关，与颜料无关，因而本研究中只参照前三个特征进行绿色伪装色体系的优化。

六、结论

通过对东部地区的绿色植被、土壤的光谱特性分析，参考国军标GJB1082-91伪装网用颜色，制定东部地区部分伪装器材的颜色用方案为：深绿DG0847、中绿MG1058、黄绿YG1357、褐土BE1318、黄土YE1529、黄土YB2345、沙土SB2535、沙土SE3453共八种颜色，可以采用正反两面的方式，正面适应东部地区的春夏季节、反面适应东部地区的秋冬季节。具体的伪装器材的颜色和斑点形状可以根据工程所处的具体位置在以上八种基本颜色的基础上进行适当调整。

参考文献

[1]刘耘.城市绿化植物光谱反射特性研究.浙江林业科技，1988,(01)：21-25.

[2]史舟；王乾龙；彭杰；纪文君；刘焕军；李曦；Raphael A VISCARRA ROSSEL.中国主要土壤高光谱反射特性分类与有机质光谱预测模型.中国科学:地球科学，2014,44(05)：167-177.

[3]薛晶晶；白廷柱.基于光谱反射特性的伪装性能评价方法研究.激光与红外，2007,(10)：49-51+55.

[4]徐彬彬；季耿善；朱永豪.中国陆地背景和土壤光谱反射特性的地理分区的初步研究.环境遥感，1991,(02)：64-73.