[发明专利]一种植被二向性反射一次散射贡献项的获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及遥感图像识别技术领域，具体涉及一种植被二向性反射一次散射贡献项的获取方法。

背景技术

遥感影像是地球表面的“相片”，真实地展现了地球表面物体的形状、大小、颜色等信息。要从遥感影像中反演得到地表植物的结构和生理参数，必须要准确描述植物、太阳与传感器之间的关系。

植被对太阳的短波辐射(波长为0.3μm-2.5μm)的反射属于植被二向性反射。现有技术中通常用双向反射率分布函数描述二向性反射行为，定义为：

其中，L为传感器所接收到的来自目标的反射辐射亮度，μ_iF和E分别为太阳直射与天空漫射对目标构成的辐照度，μ_i＝cosθ_i，θ_i为太阳天顶角。θ_v，分别是太阳方位角，观测天顶角和观测方位角，λ为波长。

经过半个多世纪的努力，到目前为止，获取植被二向性反射的方法可以概括为几何光学法、辐射传输法和计算机模拟法等几类。

几何光学法主要针对离散植被，以森林为主要研究对象，把每一个树冠设想为规则的几何体，且假定树冠表面和背景对外来辐射的反射满足朗伯反射要求。

L＝K_cL_c+K_gL_g+K_tL_t+K_zL_z(15)

其中K_c代表光照树冠在传感器视场中所占面积比例，K_g代表光照地表在传感器视场中所占面积比例，K_t代表阴影树冠在传感器视场中所占面积比例，K_z代表阴影地表在传感器视场中所占面积比例，L_c代表光照树冠的朗伯反射辐射亮度值，L_g代表光照地表的朗伯反射辐射亮度值，L_t代表阴影树冠的朗伯反射辐射亮度值，L_z代表阴影地表的朗伯反射辐射亮度值。1997年四尺度几何光学法提出后(Chen，1997)，几何光学法有了新的进展，该文指出植被元素在树冠内的群聚使树冠表面不再满足朗伯反射要求，式(15)存在的前提受到质疑。而且几何光学法在应用于浓密森林植被时，求取四分量面积比例变得十分复杂。

辐射传输法是借助辐射强度(或辐射亮度、辐射通量密度)表达的能量守恒，不存在阴影和热点。植被二向性反射的最显著的特征就是不存在衍射，存在阴影和热点。为了解决辐射传输法无热点的困惑，提出了种种补救方法，如Kussk热点法(Kussk，1993)，但是Kussk热点法本质上是几何光学法。把几何光学法拼入辐射传输法，实质上严重的破坏了理论推导的一致性原则。

计算机模拟法分为蒙特-卡罗模拟法(Monte Carlo method，MC)和真实场景模拟法。

蒙特-卡罗模拟法立足于对一个光子生命过程的追踪，模拟光子能量在一次碰撞过程中散射与吸收间的能量比例(徐希孺，2004)，而不追究散射光强在空间的分布。蒙特-卡罗模拟法不存在热点。

真实场景模拟法有两个基本组成部分，一是植被冠层结构场景的虚拟模拟，二是模拟电磁波与植被元素间的相互作用过程。真实场景模拟法可以产生热点，但计算量过大，随植被元素增加，计算量呈几何级数增长。

由于上述原因，本发明人对现有的获取植被二向性反射一次散射贡献项的方法进行了深入研究，以便设计出一种计算简单准确的方法，其能够为不同植被类型的二向性反射一次散射贡献项提供统一计算方法，可以准确的描述植被二向性反射的方向特征。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，提出植被二向性反射可以且必须表达为一次散射贡献项和多次散射贡献项之和，并设计出一种植被二向性反射一次散射贡献项的获取方法，该方法计算简单，结果精确，能够适用于不同植被类型，可以准确描述植被二向性反射的方向特征。通过此方法可以反演获得准确的地表植被的结构和生理参数，比如叶面积指数。