專利名稱：一種基于多角度測(cè)量構(gòu)建二向性反射分布函數(shù)(brdf)原型庫(kù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于多角度測(cè)量構(gòu)建二向性反射分布函數(shù)(BRDF)原型庫(kù)的方法，屬于空間信息技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
地球表面的各向異性反射是自然界中物體對(duì)電磁波反射的基本宏觀現(xiàn)象，地表二向性反射分布函數(shù)(BRDF)的研究，是光學(xué)定量遙感研究領(lǐng)域重要組成部分。70年代以來(lái)，衛(wèi)星遙感主要采取垂直觀測(cè)方式，獲取地表植被冠層的生物物理參數(shù)。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，植被與光輻射之間相互作用機(jī)理的深入研究，以及所面臨的各種新需求，人們?cè)絹?lái)越清楚地認(rèn)識(shí)到，在推斷地表參數(shù)方面，多角度遙感提供了額外有效的信息源，起到了不可替代 的作用。近20年來(lái)，隨著多角度星載傳感器的成功發(fā)射，如P0LDER/ADE0S，CHRIS/PR0BA,MISR/Terra和MODIS/Terra+Aqua，對(duì)地研究已積累了大量的多角度觀測(cè)數(shù)據(jù)，如何從這些多角度數(shù)據(jù)中提取有用的信息作為先驗(yàn)知識(shí)，是空間信息技術(shù)領(lǐng)域亟待需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一，也是定量遙感領(lǐng)域各國(guó)科學(xué)家正在積極研究探索的科學(xué)問(wèn)題之一。目前基于多角度觀測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)造二向性反射數(shù)據(jù)庫(kù)方面，通常采用合并地表生態(tài)類型來(lái)獲取地表二向性反射變化規(guī)律，但是，有研究表明地表生態(tài)類型二向性反射變化類內(nèi)的方差通常會(huì)大于類之間的方差，這為該方法的在全球尺度的應(yīng)用帶來(lái)很大的困難。目前，MODIS采用像元對(duì)像元的全球BRDF數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)基于高質(zhì)量歷史數(shù)據(jù)累積，但構(gòu)造這樣一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)存在的問(wèn)題是(I)假設(shè)不完全成立，即，需要假設(shè)不同年份相同時(shí)期的BRDF變化穩(wěn)定一致，通過(guò)多年數(shù)據(jù)累積和填補(bǔ)，獲得相同時(shí)期高質(zhì)量BRDF數(shù)據(jù)；(2)獲得全球完整的多角度數(shù)據(jù)有一定困難，即，即使在該假設(shè)成立的情況下，在赤道區(qū)域和高緯地區(qū)，由于云和太陽(yáng)天頂角的影響，很難獲得高質(zhì)量的BRDF數(shù)據(jù)；(3)數(shù)據(jù)量巨大，即，該方法產(chǎn)生的BRDF數(shù)據(jù)庫(kù)，通常有幾百個(gè)GB且不能獲得BRDF基本變化規(guī)律。目前，MODIS傳感器依靠這樣一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)獲得全球反照率的量反演(magnitude inversion)質(zhì)量。本發(fā)明采用各向異性平整指數(shù)，構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)潔的二向性反射分布函數(shù)原型庫(kù)，主要特色體現(xiàn)在不考慮地表生態(tài)類型和時(shí)相的變化，對(duì)不同波段依據(jù)BRDF的變化規(guī)律進(jìn)行聚類，產(chǎn)生基于BRDF變化規(guī)律的BRDF類別，進(jìn)而獲得BRDF原型，通過(guò)類內(nèi)最小二乘擬合誤差隨分類數(shù)增加的遞減變化，決定BRDF原型數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
I、目的本發(fā)明的目的是從多角度測(cè)量數(shù)據(jù)中提取BRDF原型，由于地表二向性反射的復(fù)雜性，傳統(tǒng)基于地表生態(tài)類別的方法不能很好表述BRDF類型變化，本發(fā)明利用BRDF的變化特征，通過(guò)對(duì)定義的各向異性平整指數(shù)(AFX)進(jìn)行聚類，獲得BRDF類型，進(jìn)而產(chǎn)生BRDF的原型。本發(fā)明在定量遙感方面，尤其對(duì)反演植被結(jié)構(gòu)或利用BRDF先驗(yàn)知識(shí)反演地表反照率等關(guān)鍵地表參數(shù)等方面有很好的理論和應(yīng)用價(jià)值。
2、技術(shù)方案本發(fā)明涉及一種基于多角度測(cè)量構(gòu)建二向性反射分布函數(shù)(BRDF)原型庫(kù)的方法，具體步驟如下(如圖I)步驟一定義各向異性平整指數(shù)對(duì)于多角度測(cè)量數(shù)據(jù)，需要首先構(gòu)建一個(gè)角度指數(shù)，獲得二向性反射模式的變化規(guī)律。各向異性平整指數(shù)(Anisotropic Flat Index, AFX)定義為白天空反照率(WhiteSky Albedo, WSA)和半經(jīng)驗(yàn)線性核驅(qū)動(dòng)模型的各向同性參數(shù)(fis。)之比，即
權(quán)利要求
1.一種基于多角度測(cè)量構(gòu)建二向性反射分布函數(shù)(BRDF)原型庫(kù)的方法，步驟包括步驟一定義各向異性平整指數(shù) 對(duì)于多角度測(cè)量數(shù)據(jù)，需要首先構(gòu)建一個(gè)角度指數(shù)，獲得二向性反射模式的變化規(guī)律。各向異性平整指數(shù)(Anisotropic Flat Index, AFX)定義為白天空反照率(White SkyAlbedo, WSA)和半經(jīng)驗(yàn)線性核驅(qū)動(dòng)模型的各向同性參數(shù)(fis。)之比，即
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于多角度測(cè)量構(gòu)建二向性反射分布函數(shù)(BRDF)原型庫(kù)的方法。通過(guò)自定義的二向性反射平整指數(shù)(AFX)和ISODATA聚類算法，提出基于BRDF特征模式構(gòu)建BRDF原型庫(kù)的理論和方法，并以69組地表多角度測(cè)量數(shù)據(jù)和全球EOS地表驗(yàn)證核心點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)(MCD43A)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。該理論和方法摒棄傳統(tǒng)上基于地表生態(tài)類型構(gòu)建BRDF數(shù)據(jù)庫(kù)的方法，也不同于現(xiàn)在業(yè)務(wù)化運(yùn)行的MODIS全球像元對(duì)像元的BRDF數(shù)據(jù)庫(kù)，具有體積小，構(gòu)造簡(jiǎn)便，操作易行，可用于其它地表、機(jī)載和星載多角度觀測(cè)數(shù)據(jù)中。本發(fā)明在空間信息技術(shù)領(lǐng)域，尤其在定量遙感方面，對(duì)提取BRDF先驗(yàn)知識(shí)反演地表參數(shù)具有理論和應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102902883SQ201210355170
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者焦子銻, 張虎 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)