[發明專利]一種基于二向性反射分布函數(BRDF)原型反演地表反照率的方法

無效

• 申請號: 201310075882.3
• 申請日: 2013-03-11
• 公開（公告）號: CN103413014A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 焦子銻;張虎
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于二向性反射分布函數(BRDF)原型反演地表反照率的方法，步驟包括：

步驟一：針對各原型求模型和觀測的最小擬合誤差

對于稀疏多角度采樣數據，BRDF空間采樣不足會導致多角度觀測信息量不足，因此，用全模型反演地表反照率，由于在大角度觀測方向缺少約束，會高估或低估反照率，BRDF原型提供了一種有效約束，通過對稀疏采樣數據用BRDF原型進行約束擬合，可綜合考慮傳感器實際觀測和地表各向異性反射變化，擬合過程可表示如下：

假定一組有n個觀測的多角度觀測數據B：B＝ρ₀(Ω_i，0；Ω_r，0)，ρ₁(Ω_i，1;Ω_r，1)...ρ_n-1(Ω_i，n-1；Ω_r，n-1)，若與其對應的BRDF原型為BRDF′，對應相同觀測位置的原型反射率數據表示為B′：B′=ρ′₀(Ω_i，0；Ω_r，0)，ρ′₁(Ω_i，；Ω_r，1)...ρ′_n-1(Ω_i，n-1；Ω_r，n-1)，取調整系數a，通過平移BRDF原型，使得B和aB′的差異最小，采用最小二乘擬合法最小化擬合誤差e²

e2=Σi=0n-1(ρi-aρ′i)2---(1)]]>

求調整系數a

a=Σj=0n-1ρj×ρ′j/Σj=0n-1(ρ′j)2---(2)]]>

這樣，數據B的BRDF可表示為

BRDF＝a×BRDF′???????(3)

擬合誤差RMSE可以表示為

RMSE=1n-1Σk=0n-1(ρk-aρ′k)2---(4)]]>

步驟二：選取最優原型求其光譜固有反照率

用6個原型分別擬合觀測數據，計算各原型的擬合誤差RMSE，選擇擬合觀測數據RMSE最小的原型作為數據的先驗BRDF，求該原型的方向-半球和半球-半球積分如下：

hBRDF′(θs)=1π∫02π∫0π/2BRDF′(θv,θs,Δφ)sin(θv)cos(θv)dθvdφ---(5)]]>

對h_BRDF′(θ_s)在太陽入照半球進一步積分，得半球-半球積分

HBRDF′(θ,λ)=2∫0π/2hBRDF′(θs)sin(θs)cos(θs)dθs---(6)]]>

通過式(3)確定調整系數a，則黑天空反照率(Black?Sky?Albedo，BSA)和白天空反照率(White?SkyAlbedo，WSA)與選定原型的上述積分值之間的關系可以表示為：

BSA(θ，λ)＝a×h_BRDF′(θ，λ)??????(7)

WSA(λ)＝a×H_BRDF′(λ)??????(8)

步驟三：產生地表寬波段真實反照率

根據已獲得的光譜固有反照率，即白天空反照率(WSA)和黑天空反照率(BSA)，考慮到大氣狀態，通過測量天空散射光和直接光的比值，獲得光譜真實反照率

α_blue(θ_i，λ)＝SKYL(θ_i，λ)×WSA(λ)+(1-SKYL(θ_i，λ))×BSA(θ_i，λ)????(9)

通過建立WiDAS傳感器波段與一個標準波段(如MODIS前7個波段)之間的關系，將WiDAS傳感器的光譜反照率轉換成標準波段的光譜返歸率，通過窄波段到寬波段的轉換公式，獲得地表寬波段的真實反照率

α_short＝0.160α₁+0.291α₂+0.243α₃+0.116α₄

(10)

+0.112α₅+0.081α₇-0.0015

最后，通過地面驗證和全模型無約束反演進行比較，驗證算法精度。