一种获取野外实测目标物BRDF的方法

目标物的二向性反射特性,无论是在遥感模型还是在遥感反演中都扮演着重要的角色,因此,选用正确的方法获得自然条件下目标物的二向性反射特性是遥感定量分析的基石。长期以来,人们往往用在自然条件下（即太阳直射光和天空漫射光同时存在）测得的双向反射率因子（Bidirectional Reflectance Factor,BRF）作为对目标物反射特性的表述,但定义BRF时,对外来辐射环境（即入射辐射亮度的空间分布函数）没有做出明确的规定,事实上,这样测得的BRF值与辐射环境有关,用它来描述目标物的反射特性是不妥当的。本文通过野外测量证实了上述观点,还证明了双向反射率分布函数（Bidirectional Reflectance Distribution Function,BRDF）与辐射环境无关的事实。同时本文也为读者提供了一种获得野外实测目标物BRDF的方法。实验证明,使用该方法能较准确地获得目标物在自然条件下的BRDF。     

无人机平台的沙漠场地BRDF特征观测方法及建模

目标双向反射分布函数BRDF（Bidirectional Reflectance Distribution Function）不仅是陆面遥感的关键地球物理参数,也是星载光学遥感仪器基于地面目标的场地辐射校正重要参量,是影响定标精度的关键要素。传统野外地物多角度测量使用的观测设备,一般其结构较为复杂,重量体积较大,而且运输和组装过程繁琐,观测目标时容易受地形和交通限制,难以进行高效快速精确的野外测量。近年来,无人机由于其设备操作简便、运输和观测方式灵活等方面的优点,可作为新的观测平台应用于当前遥感试验中。本文设计了一种基于无人机平台的地表BRDF测量装置、观测方案和数据处理流程。利用多旋翼低空无人机和云台的组合,搭载野外地物光谱仪和跟拍相机,通过对地面目标多角度观测和高精度定位及角度控制,实现针对固定目标的多方位角和天顶角观测。本文采用上述设计方案和观测流程,在敦煌辐射校正场开展多次稳定均匀沙漠目标的多角度光谱观测试验,并利用实验观测数据,基于Ross-Li核驱动模型推算了场地BRDF模型参数,并与MODIS的陆表BRDF产品（MCD43C1）及反射率产品（MOD/MYD09）进行对比验证。通过开展野外实验,核验了这种新的BRDF观测手段的可靠性,获取的敦煌地表BRDF参数与MODIS遥感产品有良好的一致性,各波段的相对偏差在5%以内。本研究表明,基于多旋翼无人机的BRDF观测系统,提供了一种全新的地物目标方向反射特性观测方法,可用于自动化高频次场地特性观测以及卫星同步定标等野外实验活动。在保证观测精度的同时,极大地减轻人力物力的投入,值得广泛推广应用。     

基于微缩模型的森林BRF测量

利用林木微缩模型构建不同空间分布的林分,测量林分的双向反射率因子(bidirectional reflectance factor,BRF),并对其反射光谱进行了分析研究。结果显示:基于微缩模型得到的观测结果整体较符合实际森林的特征,与三维模型模拟结果一致;在近红外波段,光谱曲线呈典型的"碗边效应",在观测主平面"热点效应"较为明显。研究结果证实林木微缩模型可以用于森林BRF研究。对不同林木模型的分布状态与不同的地形条件的测量结果对比分析后发现,林木分布的密度和坡度是较为敏感的参数,其特征与规律性有助于建模反演地表信息。     

遥感辐射传输建模与反演研究进展

综述了地表二向反射特性和植被BRDF 模型、地表热辐射方向性机理与建模研究的国内外现状; 围绕遥感辐射传输建模研究的最新进展, 重点介绍了基于叶片正反面反射率不等现象的叶片波谱模型改进(EPROSPECT)及冠层辐射传输模型(SAILE)、行播作物二向性反射模型、冬小麦穗叶复合热红外辐射方向性模型、二向性反射特性计算机模拟模型(RGM)、热红外辐射方向性计算机模拟模型(TRGM); 选择典型地表参数介绍了定量遥感反演的最新研究进展, 包括植被指数方向性校正方法、叶面积指数遥感反演中的信息量度量及其不确定性分析、地表反照率遥感反演中的地形校正方法等, 在此基础上介绍了定量遥感反演软件系统(RSIS 1.0)。最后就地表参数多源遥感协同反演面临的关键科学问题和近期研究目标进行了展望。     

多角度光学定量遥感

随着遥感技术的发展,出现了从两个或两个以上的方向对同一目标进行观测的方式,即多角度遥感.多角度遥感有助于提高植被生物物理参数的反演精度,可为生态环境和气候变化研究提供更好的数据支持.本文围绕多角度光学遥感,总结了多角度遥感的发展、特点与优势,回顾了相关概念,系统总结了从地面到航空、航天的多角度观测手段,以及辐射传输模型...     

利用双通道双温度在室内测量方向比辐射率

主动法测量比辐射率是通过对方向半球反射率的测量而间接获得的,由于在2π空间中测点有限,且主动光源存在对目标物的加温现象而使测量结果误差较大.被动法测量比辐射率存在两个问题一是被测物的温度无法获得;二是很难从传感器中分离出环境辐射经目标物反射的部分.为避免直接测量目标温度和排除环境辐射的影响而提出过"箱式法”、"双温度法”等比辐射率测量方法,然而所有这些方法都无法测量比辐射率的方向特性.为了能较精确地量化环境辐射项,制作了一个直径为3m多的球体,在背景辐射的普适性计算公式基础上,利用双通道热辐射仪在两个温度下用自动观测装置测量了抛光铝板方向热辐射亮度值,最后计算得到铝板的方向比辐射率值.     

叶片非朗伯特性影响冠层辐射分布的辐射度模型模拟与分析

在大量的植被冠层遥感模型中,辐射度模型作为一种计算机模拟模型具有很多优点,它对理解植被—辐射相互作用过程和研究植被冠层辐射机理具有重要的理论价值。传统的辐射度模型假设冠层内叶片为朗伯体。但随着对叶片特性的深入研究发现,叶片的反射特性不能单纯的看成是理想漫反射过程。为了消除传统辐射度模型的朗伯假设,完善辐射度模型,本文利用Phong光照模型模拟叶片表面非朗伯(镜面反射)部分的分布特性,在基于真实结构冠层场景的辐射度模型(RGM)的基础上,增加了叶片镜面反射分量的计算。文中以玉米冠层为例,比较并分析了叶片的镜面反射分量对冠层辐射分布的影响。最后,从辐射度模型原理出发,进一步推导得出了计算冠层镜面反射分量的辐射度公式,从理论上证明了在可见光—近红外区的冠层镜面反射分量与波长无关。本文使用的方法具有简单、易于实现的特点。经过扩展后的辐射度模型既保留了传统辐射度模型的优点,又增加了该模型的功能和模拟范围。     

地物光谱反射率测量与行星反射率计算联合教学设计与实践

地球表面物体反射特性是遥感科学研究和教学的重要组成部分,本文立足于地物自身的反射特性,从野外光谱反射率测量和卫星遥感数据行星反射率计算两方面,提出星地一体的地物反射特性联合教学模式,为开展遥感类实践教学提供一定的参考和借鉴.实践证明,该教学模式不仅可以使学生更容易理解和掌握地物和行星反射率的基本概念,而且能够进一步加深...     

海面GNSS-R模型与时延-多普勒特征研究

GNSS海面反射信号的建模对全球导航卫星系统反射测量(Global Navigation Satellite System-Reflectometry,GNSS-R)遥感应用具有重要意义.针对海面GNSS反射信号建模问题，本文采用Z-V模型研究了GNSS反射信号的时延一维相关功率和时延-多普勒二维相关功率特征，分析了不同风速下一维相关功率的变化情况，讨论了时延间隔和多普勒间隔对时延-多普勒图(delayDoppler map,DDM)的影响.数值结果表明：海面GNSS反射信号的相关功率对海面风速具有敏感性，在DDM波形仿真中，应选择合适的时延与多普勒间隔参数.该模型可模拟不同海况下海面GNSS反射信号的相关功率，为GNSS-R反射信号模拟及海洋遥感应用提供理论模型支撑.     

农作物冠层BRF及波谱的计算机模拟及其验证

计算机模拟模型是以植被真实三维结构场景为基础,模拟植被冠层的辐射特性。本文以冬小麦为例,利用辐射度方法模拟了冬小麦在不同LAI下的冠层二向反射因子（BRF）及其波谱特征;为了验证并评价模拟数据的质量,将模拟冠层BRF数据与实测数据进行了比较,并将计算机模拟波谱数据与Prosail模型模拟波谱及实测波谱进行了比较。通过研究可以得到以下结论：（1）LAI是植被群体重要的结构参数,对于同一品种的植被可以用LAI来描述植被的生长进程;（2）基于计算机模拟的冠层BRF数据具有一定的可靠性,能够满足实际研究的需要,因此可以把计算机模拟冠层BRF数据作为实测数据用于研究,以弥补因各种条件限制无法得到实测数据的缺憾。     

一种基于先验知识的矢量边界更新方法

本文针对GIS中地物矢量边界更新繁琐、低效的问题, 提出一种以GIS数据作为先验知识的简便矢量边界更新方法.该方法针对GIS线性矢量边界只需有限个拐点描述的特性, 将对边界寻找转化为直接对矢量边界上拐点位置的确定, 简化了变化检测与更新过程.以TM遥感影像为数据源,矢量shape文件为先验知识, 分别利用该方法检测、更新扎龙湿地内克钦湖、东升水库以及一块沼泽地边界.并运用简化的缓冲区检测算法计算拐点更新准确率, 同时对本文结果与手动更新结果的相似性进行计算与分析.实验结果表明, 本方法不但简化了变化检测和更新过程, 而且可以得到接近手动更新方法的准确率, 并且更新后矢量多边形与手动更新所得到的矢量多边形保持了较高相似性, 达到了较好的效果.     

地物的二向性反射和方向谱特征

本文简要介绍了地物二向性反射的概念及其与地物三维空间结构之间的关系。本文建议在建立高分辨率地物波谱数据库的同时,开展不同类型地物BRDF模型的研究。否则耗资巨大的数据库仍不能有效地应用于结构千变万化的环境遥感。     

地物二向性反射几何光学模型和观测的进展

本文介绍了地物的二向性反射分布函数(BRDF)及共数学模型,讨论了BRDF的某种特定子集与地物结构的某些重要特征之间的关系,即地物结构的方向描述BRDF的方向谱,作者选择并定义了信息量最为丰富的两个子集。即主平面子集和主锥面子集。还介绍了观测上的最新进展。     

一个植被双向反射模式的反演控制试验

利用地面遥感观测数据,对一个浑浊介质假定下的植被双向反射模式,增加了对太阳漫射辐射因素处理,在可见光波段上,进行了系列模式反演试验。这些试验有助于完善植被双向反射模式中物理过程的描述,了解模式反演过程的控制和选择合适遥感观测数据进行模式反演。分析试验结果发现：（１） 对 Ｌ Ａ Ｉ进行初值预估有利于获得较好的植被双向反射模式反演结果。（２） 加入植被对太阳漫射辐射的反射过程描述,可以使植被双向反射模式的反演结果更加合理。（３） 使用在太阳天顶角不太大（ ＜ ４５°） 和太阳方位角偏离１８０°不多（ ＜ ４５°） 观测条件下得到的遥感数据,可以使植被双向反射模式的反演结果较好。（４） 在３１°—６１°的太阳天顶角范围和１３６°—２５８°的太阳方位角范围内,多角度观测使太阳天顶角和方位角因素对 Ｌ Ａ Ｉ反演结果的影响不显著。（５） 当太阳漫射辐射的份额不大时,对 Ｌ Ａ Ｉ反演结果的影响不显著。如果只针对 Ｌ Ａ Ｉ,那么对反演植被双向反射模式所应用的地面遥感数据可以不进行大气校正处理,这样的结果虽然是从对地面遥感数据的处理中获得的,仍然对卫星遥感的观测时段选择和卫星遥感数据的选取和分析有一定的价值。     

敦煌辐射校正场方向反射特性测量与评价

和为中国遥感卫星辐射校正场项目的前期准备工作，于１９９４年６月和１９９６年９月，利用自知研制的智能型野外双向反射特征性面测量系统－－ＶＦ９２１对敦煌辐射校正场地面方向反射特性（ＢＲＯＦ）进行了测量。通过对这两次测量数据的处理和分析，对场地地ＢＲＯＦ特性进行了分析和评价。同时，对于整个测量系统和数据获取与处理中还存在的问题进行了讨论。     

风速风向对SAR浅海水下地形成像影响的仿真研究

基于SAR浅海水下地形成像机理和M4S海面微波成像程序,建立了SAR浅海水下地形成像仿真模型,改进了传统浅海水下地形成像仿真模型的缺陷.通过仿真研究和分析浅海水下地形SAR图像特征实例,对风速风向与浅海水下地形SAR图像特征的关系提出了新的认识.低风速条件下,浅海水下地形SAR海面后向散射强度整体偏暗,高风速下整体偏亮;sAR图像条带亮暗的程度与风速有一定的关系,但不是主要的影响因素.风向对SAR浅海水下地形成像的影响明显,表现为,在逆风和顺风情况下,浅海水下地形SAR海面后向散射强度整体偏亮,SAR图像分别以亮条带和暗条带为主;侧风情况下,整体偏暗,SAR图像条带亮暗相当;最佳探测风向是逆风向.     

改善MODIS BRDF产品热点效应的方法研究

核驱动的Ross Thick-LiSparse Reciprocal(RTLSR)双向反射函数(BRDF)模型已广泛地应用于MODIS等星载传感器的业务化产品处理中。但是,对于多年MODIS二向反射产品历史数据,如何基于RTMLSR模型发展一种简单有效快速的方法,进行热点效应的校正是一个迫切需要解决的问题。本文提出了一种简单有效的方法,不需要对观测数据重新反演,直接在现有MODIS二向反射产品的基础上进行热点校正,方便用户对历史MODIS二向反射产品的使用。该方法应用POLDER-3/BRDF数据库和部分经MODIS业务化算法筛选的反射率数据进行验证,并与RTLSR模型和RTMLSR模型的结果进行比较,结果表明:(1)该方法比现有的MODIS业务化RTLSR算法,对热点反射率有明显改善,拟合相对误差平均降低了10.12%;(2)该方法相对于RTMLSR模型在热点反射率拟合效果上差别不大,相对误差相差2.10%;(3)该方法对热点和冷点归一化的植被指数(NDHD)的估算效果有一定程度的改善,相对于RTLSR模型降低了约4.99%,与RTMLSR模型的相对误差相差1.32%,该方法对直接应用现有MODIS BRDF产品,基于热点方向反射率反演植被结构参数(如植被聚集指数)的精度提高有现实应用价值。     

基于MSA特征的遥感图像多目标关联算法

遥感图像中多目标关联存在以下两个问题:一是低时间分辨率观测使得目标状态信息无法准确估计,基于Kalman滤波的多目标关联算法不再适用;二是基于图像特征的目标关联算法又无法处理大场景观测中多个目标关联引起的模糊性.针对上述问题,提出一种基于多尺度自卷积特征匹配和关联代价矩阵最优化的多目标关联算法.实验表明该算法对遥感图像中多目标关联问题具有一定的适用性.     

基于偏差原则和正则化方法反演晴空地表BRDF和反照率

提出一种反演晴空地表反照率快速稳健的新算法——混合算法。该方法首先利用双参数模型函数确定正则参数的初始值,然后由基于Morozov偏差原则的高阶收敛算法确定正则参数,继而通过Tikhonov正则化手段来反演BRDF模型。从POLDER-3/PARASOL BRDF数据库中任意挑选不同覆盖的地表像元测量数据,与MODIS全反演法结果作比较,对比较结果给予了讨论;最后选择天津市地区的卫星图像进行反演实验,并就反演结果给出了误差分析和算法模型的评价。