Entwicklung einer Methodik zur Bestimmung der BRDF von Wasserpflanzen mit einem abbildenden Feldspektrometer

Kurzfassung

In dieser Diplomarbeit wurde eine Methodik entwickelt zur Messung der spektralen Reflexionsverteilungsfunktion (BRDF) von Wasserpflanzen. Als Meßgerät wurde ein abbildendes Feldspektrometer (AISA) verwendet, das in einem Wellenlängenbereich von 420 - 900 nm misst. Der CCD-Detektor besitzt 392 geometrische Pixel und 286 spektrale Kanäle. Um einen großen Bereich der Ein- und Ausfallswinkel der Strahlung einzustellen, wurde eine stabile Halterung entwickelt und gebaut, die das Spektrometer und den Schrittmotor trägt. Für Feldmessungen ist ein Verfahren entwickelt worden, mit dem man die Winkel bestimmen kann, die zur Berechnung der BRDF notwendig sind. Zur Bestimmung der einfallenden Strahlung dient ein diffuser Reflektor (Spectralon) und ein Bestrahlungsstärke-Sensor FODIS, der die Strahlung über den Halbraum integriert. Dabei zeigte sich, dass der Einfluss des Himmelslicht auf den FODIS-Sensor sehr stark ist. Zur Korrektur der Spiegelungen des Himmels auf der Wasseroberfläche wurde ein bekanntes Verfahren auf seine Anwendbarkeit untersucht, was aber nicht zum gewünschten Erfolg führte. Der AISA- und FODIS-Sensor wurden neu radiometrisch kalibriert und ein einfaches Verfahren entwickelt, um ein Kalibrierfile zu erstellen. Zur Illustration der entwickelten Methodik wurde exemplarisch die gemessene BRDF einer Wasserpflanze (Elodea Nuttallii) für zwei Wellenlängen dargestellt. Der Spektralverlauf der Reflexionen wurde für verschiedene Sensorwinkel aus den AISA-Daten abgeleitet und durch Vergleich mit Messungen eines Unterwasser-Spektrometer validiert.