用于林地复杂场景高光谱遥感数据的仿真方法

摘要

用于林地复杂场景高光谱遥感数据的仿真方法。本发明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。

主权项

1.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；其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、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；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L_λ，sky和临近效应L_{λ，adjacent}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L_λ，sensor便由公式(1)表示：并按照步骤一中设定的仿真参数分别进行仿真；其中，高光谱遥感数据仿真中是采用了四流地表-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L_λ，sensor与太阳入射到大气顶层的辐照能量E_s^o的关系，如公式(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τ_ss，τ_oo，ρ_so，ρ_dd，τ_sd，τ_do6个参数描述大气的状况；r_so，r_do，r_dd，r_sd4个参数描述地表象元的反射率，θ_s为太阳入射方向的天顶角；大气的状况的6个参数τ_ss，τ_oo，ρ_so，ρ_dd，τ_sd，τ_do，通过公式(2)得到如下公式：其中L_PATH表示程辐射与邻近效应能量的和，L_GSUN表示被目标反射的太阳直接入射的能量，L_GTOT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)τ_ss＝exp(-b/cosθ_s)τ_oo＝exp(-b/cosθ_o)τ_ssτ_oo＝exp[-b(1/cosθ_s+1/cosθ_o)]＝GSUN₁₀₀×π/(E_s^ocosθ_s)ρ_so＝PATH₀×π/(E_s^ocosθ_s)                    (6)公式中，b是消光系数；通过MODTRAN仿真获得的PATH₀，PATH₅₀，PATH₁₀₀分别表示地表所有象元反射率均为0，0.5，1三种情况下对应的程辐射与邻近效应能量的和；GSUN₀，GSUN₅₀，GSUN₁₀₀分别表示地表所有象元反射率均为0，0.5，1三种情况下对应的被目标反射的太阳直接入射的能量；GTOT₀，GTOT₅₀，GTOT₁₀₀分别表示地表所有象元反射率均为0，0.5，1三种情况下对应的被目标反射的天空的散射入射的能量；地表象元的反射的4个参数r_so，r_do，r_dd，r_sd的计算方法如下：公式中，μ_o为传感器观测方向的天顶角的余弦值，μ_l为散射入射方向的天顶角的余弦值，μ_s为太阳入射方向的天顶角的余弦值，μ_v为散射观察方向的天顶角的余弦值，为传感器观测方向的方向角，为散射入射方向的方向角，为太阳入射方向的方向角，为散射观察方向的方向角，ρ′为双向反射率由光谱库直接提供；求得的6个描述大气的状况τ_ss，τ_oo，ρ_so，ρ_dd，τ_sd，τ_do的参数和4个描述地表象元的反射率的r_so，r_do，r_dd，r_sd参数后便通过公式(8)计算求得L_{λ，adjacent}，L_λ，sky(8)建筑物反射的太阳辐射被目标象元再次反射的能量是将建筑简化为一个侧面垂直于地面且为郎伯面的立方体，公式如下：公式中，是目标像元的方向性反射率，目标像元的方向性反射率由光谱库直接查询获得；ρ′_λ，Wall是墙壁的方向性反射率；x，x₀，n，y₀，y，m是空间坐标参数；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。