[发明专利]一种湿地水生植被几何光学模型

摘要

本发明涉及一种湿地水生植被几何光学模型。其步骤如下输入场景基本参数，以圆柱体作为基本单元；将视场内的面积分量分为水面以上及水面以下两部分，计算只有一个基本单元存在时各个分量的面积；考虑基本单元的个数及相互遮挡计算视场内各个分量的面积；计算各个分量的亮度；水面只考虑其透射，计算视场内各分量亮度的加权平均；叠加水面反射的影响，计算水生植被场景的二向反射率。本发明能实现不同水生植被冠层参数、太阳位置及观测位置等条件下，水生植被方向反射特性的精确描述，是分析水生植被方向反射特性及其影响因素的有效工具。此外本发明是一种建立在植被冠层结构形态上的几何光学模型，具有通用性强、运算速度快等优点。

主权项

一种湿地水生植被几何光学模型，其特征在于包含以下步骤：(1)输入场景基本参数，以圆柱体作为基本单元；具体计算过程如下：输入场景尺寸、水深、圆柱体高度、圆柱体底面半径、圆柱体个数，各个圆柱体的尺寸相同并且在场景内随机分布；(2)将视场内的面积分量分为水面以上及水面以下两部分，计算只有一个基本单元存在时各个分量的面积；具体计算过程如下：第一步：只考虑一个圆柱体，将视场内的面积划分为：水上光照冠层、水上阴影冠层、光照水面、阴影水面、水下光照冠层、水下阴影冠层、光照水底、阴影水底；第二步：考虑水面以上部分，分别计算水上光照冠层、水上阴影冠层、光照水面、阴影水面的面积；第三步：考虑水面以下部分，分别计算水下光照冠层、水下阴影冠层、光照水底、阴影水底的面积；(3)考虑基本单元的个数及相互遮挡计算视场内各个分量的面积比；其计算过程如下：第一步：计算光照地面的面积比，Kg=e-λ(Γs+Γo-O)=e-λΓ]]>其中，一个单元沿光照方向及观测方向在地面投射阴影的面积分别为Γs与Γo，O为两阴影的重叠面积，Γ为两个阴影的并集，λ为单位面积上的基本单元的个数；第二步：计算光照冠层分量的面积比，Kc=β(λΓc-f·λΓo)+(1-β)ΓcΓ(1-Kg)]]>其中，β为单元中心位置在竖直方向分布的权重，取值从完全随机0到高度相同1，f为荫蔽系数；第三步：计算阴影冠层和阴影地面的面积比，Kt=e-λΓc-e-λΓoKz=1-Kg-Kc-Kt]]>其中，Kt为阴影冠层的面积比，Kz为阴影地面的面积比；(4)计算各个分量的亮度；具体计算过程如下：水面以上冠层部分的亮度为输入参数，光照水面的亮度根据波浪水面反射模型计算，水面以下分量的亮度需要考虑水面透射及水体衰减的影响；(5)水面只考虑其透射，计算视场内各分量亮度的加权平均；具体计算过程如下：不考虑水面反射时，传感器接收到的亮度可以表示为L0＝CKc+TKt+CwKcw+TwKtw+GwKgw+ZwKzw其中，C、T、Cw、Tw、Gw、Zw分别是水上光照冠层、水上阴影冠层以及考虑水面透射及水体衰减时的水下光照冠层、水下阴影冠层、光照水底及阴影水底的亮度；Kc、Kt、Kcw、Ktw、Kgw、Kzw分别是水上光照冠层、水上阴影冠层以及考虑水面透射及水体衰减时的水下光照冠层、水下阴影冠层、光照水底及阴影水底在视场内的面积比；这些亮度与各自在视场内的面积比相乘再求和；(6)叠加水面反射的影响，计算水生植被场景的二向反射率，具体计算过程如下：将步骤(5)中计算出的不考虑水面反射时的亮度叠加水面反射的影响，L＝L0+GKg+ZKz其中，G、Z分别是光照水面与阴影水面的亮度，L0是传感器接收到的亮度，Kg与Kz分别是光照水面与阴影水面的面积比；光照水面与阴影水面的亮度分别与各自的面积比相乘再叠加到不考虑水面反射时的亮度中，即得到整个场景的反射率。