一种基于双向反射函数和森林场景光照效果建模的生物量估算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双向反射函数和森林场景光照效果建模的生物量估算方法。其步骤为：首先对仿真森林场景相邻区域中每个区域在世界坐标系下的矩形顶点坐标位置进行确定，得到矩形顶点坐标的点集；然后在每个区域内进行空间坐标点的采样，判断采样得到的空间坐标点是否在矩形中，舍弃不在矩形中的空间坐标点，得到每个区域的采样点的集合；对得到的采样点的集合进行矩阵变换，将采样点的世界坐标系变换为入瞳亮度摄影机的屏幕坐标系；向得到的采样点投射光束，进行光线跟踪，得到光线路径；对入瞳亮度进行模拟，归一化得到归一化的结果，根据归一化结果输出反演生物量估算结果。本发明专利技术可真实模拟森林BRDF，对森林生物量进行反演估算。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双向反射函数和森林场景光照效果建模的生物量估算方法
本专利技术属于基于物理的绘制邻域以及生物量反演领域，具体涉及一种基于双向反射函数和森林场景光照效果建模的生物量估算方法。
技术介绍
随着我国卫星遥感技术的飞速发展，相关部门对其地观测的性能要求随着国家经济及军事国防事业的发展越来越高。森林遥感利用树木或森林等对多个波段光谱进行反射的特性，通过研究相机等接受到的多光谱数据、入瞳亮度等信息，可以达到反演森林生物量的效果。通过此技术可以监控森林中树木的生长情况、预报预测森林病虫害等信息。目前的森林遥感技术主要针对二维图像，尚无针对三维仿真模型的生物量反演方法。为实现森林中各种树木目标模型的生成，可以采用建模软件完成了各种种类的高精度树木几何的建模，并实现相应的接口加入至仿真系统中，建立大规模森林场景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于双向反射函数和森林场景光照效果建模的生物量估算方法，其针对森林场景特点实现了不同参数化模型，实现模拟结果。为了实现森林的目标图像仿真、入瞳亮度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双向反射函数和森林场景光照效果建模的生物量估算方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)选择仿真森林场景中的多个相邻区域，对相邻区域中每个区域在世界坐标系下的矩形顶点坐标位置进行确定，得到矩形顶点坐标的点集；/n2)对每个区域，在区域内进行空间坐标点的采样，判断采样得到的空间坐标点是否在矩形中，舍弃不在矩形中的空间坐标点，得到每个区域的采样点的集合；/n3)对步骤2)中得到的采样点的集合进行矩阵变换，将采样点的世界坐标系变换为入瞳亮度摄影机的屏幕坐标系；向步骤2)得到的采样点投射光束，进行光线跟踪，得到光线路径；/n4)得到光线路径之后，对其入瞳亮度、色相和饱和度进行模拟，并归一化得...

【技术特征摘要】
1.一种基于双向反射函数和森林场景光照效果建模的生物量估算方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)选择仿真森林场景中的多个相邻区域，对相邻区域中每个区域在世界坐标系下的矩形顶点坐标位置进行确定，得到矩形顶点坐标的点集；
2)对每个区域，在区域内进行空间坐标点的采样，判断采样得到的空间坐标点是否在矩形中，舍弃不在矩形中的空间坐标点，得到每个区域的采样点的集合；
3)对步骤2)中得到的采样点的集合进行矩阵变换，将采样点的世界坐标系变换为入瞳亮度摄影机的屏幕坐标系；向步骤2)得到的采样点投射光束，进行光线跟踪，得到光线路径；
4)得到光线路径之后，对其入瞳亮度、色相和饱和度进行模拟，并归一化得到归一化的结果，根据归一化结果反演计算求得森林生物量估算结果。


2.如权利要求1所述的基于双向反射函数和森林场景光照效果建模的生物量估算方法，其特征在于，所述的步骤1)中对相邻区域中每个区域在世界坐标系下的矩形顶点坐标位置进行确定，得到矩形顶点坐标的点集，具体为：
设每个区域变换前的坐标矩阵为L，变换后为L′；以如下公式进行求解，



其中，a，b，c，d，e，f，g，h，i为三维旋转矩阵中的参数，x，y，z为三维平移矩阵中的参数，W为世界坐标系下的矩形顶点坐标位置，以点集表示，W＝[w1，w2，...，wi，...，wn]，wi为某一矩形顶点的坐标位置。


3.如权利要求1所述的基于双向反射函数和森林场景光照效果建模的生物量估算方法，其特征在于，所述的步骤2)中在区域内进行空间坐标点的采样的方法具体为：对每个区域，在区域内采用符合概率密度分布函数的随机采样方法进行空间坐标点的采样。


4.如权利要求3所述的基于双向反射函数和森林场景光照效果建模的生物量估算方法，其特征在于，所述的步骤2)中在区域内进行空间坐标点的采样的方法为蒙特卡洛方法。


5.如权利要求1所述的基于双向反射函数和森林场景光照效果建模的生物量估算方法，其特征在于，在所述的步骤3)中，如果入瞳亮度摄影机不能拍摄到某个采样点的图像，则将采样点舍去。


6.如权利要求1所述的基于双向反射函数和森林场景光照效果建模的生物量估算方法，其特征在于，步骤3)中所述的进行光线跟踪，得到光线路径，具体为：
设R为反射光线矢量，L为入射光线，LN为反射表面法线，则：
R＝L-2LN
在建立的仿真森林场景中，入射光线为预先设定的，入射光线的高度角θi和方向角为已知参数；入射光线中的部分光线从光源位置投射出，未与物体碰撞继续传播；部分光线与仿真森林场景中的树木模型碰撞后产生反射，根据树木模型的双向反射分布函数模型f(l，v)得到不同出射方向的反射率，继而得到不同出射方向的反射光线；反射光线若碰到树木模型则继续产生反射，直到反射光线超过预设反射次数或者无碰撞为止；每次反射根据树木模型设定反射衰减参数，最终得到所有光线路径。


7.如权利要求6所述的基于双向反射函数和森林场景光照效果建模的生物量估算方法，其特征在于，树木模型的双向反射分布函数模型f(l，v)建模为：



dE(l)是树木表面上来自入射光方向l的微分辐照度，树木表面接收到的辐照度为E，而微分辐照度dE(l)特指来自于方向l的入射光；l是入射光线的方向的向量，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈奕，张海童，
申请(专利权)人：杭州时光坐标影视传媒股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33