[發明專利]一種消除植被冠層結構和地表背景影響的葉片反射率衛星遙感提取方法

有效

• 申請號: 201710789027.7
• 申請日: 2017-09-04
• 公開（公告）號: CN107688003B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 方美紅;居為民;范渭亮;陳鏡明;張乾;邱鳳
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01N21/27
• 分類號: G01N21/27
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種消除植被冠層結構和地表背景影響的葉片反射率衛星遙感提取方法，屬于植被遙感反演參數方法的研究領域。其步驟為：利用4?Scale模型確定遙感影像像元光譜對應的陽葉的可視概率(PT)、光照背景的可視概率(PG)；計算光譜的角度指數(AI)，與PT、PG進行相關分析，建立基于AI的PT和PG的估算模型；以葉面積指數(LAI)、PT和PG作為3個檢索項，利用4?Scale模型模擬建立針對多次散射因子M的查找表(與波長相關)；最后，利用建立的估算模型和查找表，求得衛星遙感影像植被像元的平均葉片反射率。本發明方法可由遙感影像提取葉片的反射光譜，與優化迭代計算方法相比，計算效率提高，與需多步查找的查找表方法相比，計算過程更簡單，效率更高。

一、技術領域

本發明是利用衛星遙感影像數據，定量反演像元的陽葉和光照背景可視概率，以多次散射反射因子描述陰影分量和多次散射反射的影響，利用基于4尺度幾何光學模型理論發展的光譜降尺度模型提取像元平均葉片反射率的方法，屬于植被遙感反演參數方法的研究領域。

二、背景技術

衛星觀測的像元尺度反射信號受到葉片反射率、冠層結構和背景反射率等因子的影響，利用衛星遙感數據定量反演植被葉片和冠層生化參數，首先需要消除植被冠層結構和地表背景的影響。由冠層反射率光譜反演葉片反射率光譜，可以消除植被冠層結構和地表背景的影響，是利用衛星遙感數據高精度定量反演植被葉片和冠層生化參數的關鍵步驟。

為了消除植被冠層結構和地表背景對植被冠層生化參數遙感反演的影響，一些研究以幾何光學模型為工具，根據冠層輻射傳輸原理，通過對冠層頂的反射光譜進行分解，獲取葉片的反射率光譜。這些研究一般采用優化迭代計算或建立查找表的方法對冠層頂的反射光譜進行分解，例如，Zarco-Tejada等人在“Water content estimation in vegetationwith MODIS reflectance data and model inversion methods”文中利用SAILH冠層輻射傳輸模型研究葉面積指數(LAI)和觀測幾何角度的影響，并且利用優化迭代技術由冠層反射率光譜反演葉片反射率光譜；Zhang等人在“Leaf chlorophyll content retrievalfrom airborne hyperspectral remote sensing imagery”文中利用4尺度幾何光學模型(4-Scale模型)研究冠層結構參數、觀測幾何角度以及地表背景反射率等因素的影響，引入了一個多次散射因子(M)，對4-Scale模型進行簡化，提出了光譜降尺度模型，以太陽天頂角(SZA)、觀測天頂角(VZA)和觀測方位角(PHI)3個觀測幾何參數和葉面積指數(LAI)作為4個檢索項來建立陽葉可視概率(PT)、光照背景可視概率(PG)與多次散射反射因子(M)的查找表，利用查找表來實現葉片反射率光譜的反演。

這兩種方法都是基于遙感物理機理的物理模型，其中優化迭代計算方法的計算效率低，在大區域的衛星遙感影像應用中可操作性不強；查找表方法通過預先進行大量的模擬計算，建立查找表來簡化計算過程，提高了反演計算的效率，但要求輸入每個像元的冠層結構參數和觀測幾何角度作為檢索項，并需要進行多步查找，過程繁瑣，而且查找表是有局限性的，即使在其他查找項固定的情況下，PT和PG與LAI也不是一一映射的關系，查找表給出的是最大可能概率下的值。

三、發明內容

本發明的目的是提供一種適用于遙感影像的簡單高效的模型方法，由遙感影像提取葉片的反射光譜，為有效提高葉片和冠層的生化參數的遙感反演精度提供基礎。本發明的原理如下：

本發明分析利用葉片反射率和背景反射率在光譜形態上的差異構建角度指數(AI)，據其估算陽葉可視概率(PT)、光照背景可視概率(PG)，在此基礎上結合葉面積指數(LAI)確定多次散射因子(M)，根據冠層反射率光譜和光譜降尺度模型求單葉片的反射率光譜。

本發明的技術方案主要包括以下步驟：