用于林地复杂场景高光谱遥感数据的仿真方法技术

用于林地复杂场景高光谱遥感数据的仿真方法。本发明专利技术涉及高光谱遥感数据仿真的技术领域。它解决了现有的高光谱遥感数据仿真方法没能考虑地物的高度因素而不适用于林地附近存在高大建筑物情况下的高光谱遥感数据仿真的问题，步骤如下：一、设定仿真参数，并输入仿真中用到的光谱库地物反射率参考曲线；二、将欲仿真得到的高光谱遥感数据分解为太阳辐射直接被目标象元反射的能量、建筑物反射的太阳辐射被目标象元再次反射的能量、天空散射辐射被目标象元反射的能量、程辐射和临近效应，并按照步骤一中仿真参数分别进行仿真；三、将步骤二中获得的仿真结果组合得到最终的仿真数据。利用该方法为高光谱遥感数据后处理的研究提供经济且高质量的仿真数据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是高光谱遥感数据仿真的

技术介绍
高光谱遥感技术是将常规遥感成像技术与光谱技术相结合产生的新型光 学遥感技术，它的出现大大拓宽了光学遥感的应用领域。高光谱遥感可以在对 目标地物的空间特征成像的同时，获取每个像元近乎连续的窄波段光谱信息。 这样就可以既获得地面目标的空间特征，又获得其丰富的光谱信息，进而定性 定量地对被测对象进行物理分析和识别，从而使基于特征光谱信息的目标地物 遥感识别成为可能。这使得高光谱遥感技术在矿质调査、水环境、生态、大气 等领域都具有无法估量的作用。正是由于高光谱遥感系统所具有的这些其他遥感手段所没有的卓越特性， 其一问世就引起世界各国研究者的广泛关注。目前高光谱遥感系统核心部件一 —成像光谱仪的研制已经达到了相当高的水平。然而由于高光谱遥感的运行成 本过高，导致现有高光谱遥感数据的质量和数量难以满足数据处理研究的要 求，造成高光谱数据的处理技术显得相对滞后。因此，通过对光谱成像系统进 行研究，对其建立仿真模型并获取仿真数据，是一种值得深入研究的方法。目前已有的高光谱遥感仿真数据获取方法按照对地表情况的假设可分为 四大类，基于均一、郎伯面地表的高光谱遥感数据仿真方法，基于均一、非郎 伯面地表的高光谱遥感数据仿真方法和基于非均一、郎伯面地表的高光谱遥感 数据仿真方法，以及基于非均一、非郎伯面地表的高光谱遥感数据仿真方法。 以上所提到的均一性是指在传感器分辨率所对应的地表分辨单元内仅有一类 地物，郎伯面则是指完全的漫反射面。对于建筑物附近的人造林地这种的场景，单个象元中包含树木和土壤两种 地物，所以不符合均一性假设；同时，作为树木，其不同能量入射方向和观察 方向的双向反射率并不相同，也不满足郎伯面的假设。故对于建筑物附近的人 造林地这种的情况只能采用基于非均一、非郎伯面地表的高光谱遥感数据仿真 方法。现有该类方法非常少，2003年Verhoef等人提出了一种通过将PROSPECT模型、GeoSAIL模型和四流地表-大气辐射传输模型相耦合仿真植 被地表高光谱遥感数据的方法，但该方法没能考虑地物的高度因素，亦不适用 于林地附近存在高大建筑物情况下的高光谱遥感数据仿真。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有的高光谱遥感数据仿真方法没能考虑地物的高度因 素而不适用于林地附近存在高大建筑物情况下的高光谱遥感数据仿真的问题， 而提出了一种。本专利技术的步骤如下步骤一设定仿真参数，并输入仿真中用到的光谱库地物反射率参考曲线； 步骤二将欲仿真得到的高光谱遥感数据分解为太阳辐射直接被目标象元 反射的能量、建筑物反射的太阳辐射被目标象元再次反射的能量、天空散射辐 射被目标象元反射的能量、程辐射和临近效应五个部分，并按照步骤一中设定 的仿真参数分别进行仿真；步骤三将步骤二中获得的仿真结果组合得到最终的仿真数据。 本方法用于林地复杂场景高光谱遥感数据的仿真，它全面考虑了地表混合 象元反射率的非均一性、非郎伯性，以及大气程辐射、临近效应和建筑物二次 入射等作用，考虑了地物的高度影响，能够更好的近似高光谱遥感的真实情况。 利用该方法可以方便的为高光谱遥感数据后处理方法的研究提供经济且高质 量的仿真数据。 附图说明图1是本专利技术方法的流程图；图2是场景几何关系示意图，①是天空散射 辐射被目标象元反射的能量、②是临近效应、③太阳辐射直接被目标象元反射 的能量、④建筑物反射的太阳辐射被目标象元再次反射的能量、⑤程辐射；图 3是四流地表-大气辐射传输模型示意图，图中A层是大气顶层、B层是大气 层、C层是地表，各符号下标s表示传输方向为太阳下行辐射传输方向，下标 o表示传感器上行辐射传输方向，上标-表示散射传输下行方向，上标+表示散 射传输上行方向，括号中t表示高度处于大气顶层，b表示高度处于地表大气 底层；图4是四流交叉影响示意图，圆弧部分表明该部分接受外界的能量， 矩形部分标志表明该部分向外界传输能量，各箭头表示的能量流动；图5是建筑物反射的太阳辐射能量被目标象元再次反射的几何关系示意图。 具体实施例方式具体实施方式一结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤如下 步骤一:设定仿真参数，并输入仿真中用到的光谱库地物反射率参考曲线； 步骤二将欲仿真得到的高光谱遥感数据分解为太阳辐射直接被目标象元反射的能量、建筑物反射的太阳辐射被目标象元再次反射的能量、天空散射辐射被目标象元反射的能量、程辐射和临近效应五个部分，并按照步骤一中设定的仿真参数分别进行仿真；步骤三将步骤二中获得的仿真结果组合得到最终的仿真数据。具体实施方式二本实施方式与具体实施方式一不同点在于步骤一中的仿真参数划分为两组，分别为地表场景参数和大气场景参数；地表场景参数为地面场景大小、分辨单元大小(GSD)、各单元地物分类、树木类型、树木平均高度、树木冠层尺寸、植株密度和建筑物高度；其中树木冠层尺寸简化为一个椭球体，其大小有长轴和短轴确定。大气场景参数为太阳入射方向的天顶角、太阳入射方向的方向角、传感器观测方向的天顶角、传感器观测方向的方向角、MODTRAN参数、光谱范围和光谱分辨率。其它步骤与具体实施方式一相同。具体实施方式三结合图2至图5说明本实施方式，本实施方式与具体 实施方式一不同点在于步骤二，步骤二是全面考虑各种因素对于高光谱遥感数 据获取的影响，如图2是将高光谱遥感数据划分为太阳辐射直接被目标象元反 射的能量Z4,、建筑物反射的太阳辐射被目标象元再次反射的能量Z^、天空 散射辐射被目标象元反射的能量丄^ 、程辐射A,^和临近效应、一^五个部分。 于是总辐射也就是仿真得到的最终数据传感器处辐照能量、,，。,便可由公式(1) 表示, 一 /"7 _|_ _|_ ,肌 _|_ , ; /"L/l,化raor —乃/l,W卞乙/l，7 卞;i,/ 卞L/l,a々aceW卞L/lj^ (1) 接下来分别仿真以上五个部分。如图3和图4采取了四流地表-大气辐射传输模型表示地表反射率均为0、0.5、 1三种情况下传感器处辐照能量￡^_与太阳入射到大气顶层的辐照能量E/的关系，如公式(2)l匿=&芏c。s《+^4^rd。c。s《+ 、 + :"d r。。lcos《+ v入ic。s《(2)其中等号右边第一项表示程辐射，第二项表示临近效应，第三项表示天空 散射辐射被目标象元反射的能量，第四项表示太阳辐射直接被目标象元反射的能量。其中r^。。,A。，Ad，^,^6个参数描述大气的状况；^4,&，。4个参数描 述地表象元的反射率。由于大气情况不取决于地物分类，故通过MODTRAN仿真得到获取地表 所有象元反射率均为0、 0.5或者1三种情况下的高光谱遥感数据，再利用仿 真得到高光谱遥感数据反推描述大气状况的6个参数^,r。。,A。,^dd，、,rd。，最后 再把参数、,r。。,^,^,^,rd。应用到复杂情况下林地高光谱遥感数据的仿真中。通过公式(2)得到如下公式KA。+^^d。]^cos《 (3) l-广ddPdd "五°丄,=丄cos《 (4) 丄，=、+ ^气— (5) 其中ZPATH表示程辐射与邻近效应能量的和，丄w^表示被目标反射的太阳直接入射的能量，/^。7表示被目标反射的天空的散射入射的能量；通过推导得到公式(6)本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于林地复杂场景高光谱遥感数据的仿真方法，其特征在于它的步骤如下：　步骤一：设定仿真参数，并输入仿真中用到的光谱库地物反射率参考曲线；　步骤二：将欲仿真得到的高光谱遥感数据分解为太阳辐射直接被目标象元反射的能量、建筑物反射的太阳 辐射被目标象元再次反射的能量、天空散射辐射被目标象元反射的能量、程辐射和临近效应五个部分，并按照步骤一中设定的仿真参数分别进行仿真；　步骤三：将步骤二中获得的仿真结果组合得到最终的仿真数据。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈东来，顾桂华，张钧萍，张腊梅，邹斌，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]