基于模拟真实场景的遥感影像像元分解方法

摘要

一种基于模拟真实场景的遥感影像像元分解方法，步骤如下：一是地面样地调查获取冠型及样地参数；二是目标植被几何形状的简化；三是三维建模软件中模拟样地地形；四是三维建模软件中模拟毛竹林场景；五是获得模拟丰度值；六是计算端元的光谱反射率；七是含全部约束的最小二乘法像元分解。本发明涉及真实场景的三维建模及其在遥感科学中的应用领域。它将样地调查数据的先验知识应用于端元提取，并将三维模拟模型引入到二维的线性光谱分解当中，解决了以往像元分解方法难以获取真实端元的问题。采用本方法可以获得质量更好的端元从而达到更好的混合像元分解效果。

主权项

1.一种基于模拟真实场景的遥感影像像元分解方法，其特征在于按如下步骤进行：(1)、在研究区域内设置调查样地，样地的大小等于所用遥感影像的空间分辨率，进行地面样地调查，获取目标植被的冠型、样地的地形地貌及方位参数；(2)、简化目标植被的几何形状，使简化后植被的几何形状在空间建模工具软件中可以用尽量少的面片数描述；(3)、假设将像元分解为n分量，则必须在所有调查的样地中随机选择大于等于n的样地数量作为建模样本，将样地内地面假设为平面，太阳光假设为相对于样地地面的平行光，用公式①-⑤在空间建模软件3DMax中建立样地模型，其中，公式①-②用于计算样地在模拟场景中的参数，公式③-⑤用于计算太阳相对于样地的位置；坡长L的计算公式为：L＝30/cos(α)               ①坡高H的计算公式为：H＝30×tan(α)              ②a的计算公式为：a＝-R×cos(α)×sin(180°-φ)   ③b的计算公式为：b＝-R×cos(α)×cos(180°-φ)   ④c的计算公式为：c＝R×sin(α)                   ⑤α表示样地的坡度，φ为样地的坡向；L和H分别表示样地的坡长和坡高；a，b，c分别为太阳在X，Y，Z坐标系统中的位置坐标；R为太阳与样地的距离；(4)、在空间建模软件3DMax中将简化后植被模型按照样地调查数据分别置于相应的场景中，用公式⑥计算植被模型在模拟样地内的高度坐标Z′，植被模型在样地内的X′和Y′坐标均由随机数产生，调用3DMax中的MAXScript脚本语言用语句⑦将随机产生的坐标赋给样地内的每一个植被模型；Z′＝X′×tan(α)+C              ⑥select$name；move$[p1，p2，p3]； ⑦其中，X′为X轴的随机坐标；C为实测枝下高；name表示欲移动目标的名称；p1，p2，p3分别为在X，Y，Z轴方向上移动的距离；(5)、在3DMax中分别输出垂直视条件下有光照和无光照的场景影像，截取输出影像中样地中心50％正方形影像，统计截取影像中四分量的面积比例，得到模拟丰度值；(6)、用公式⑧计算各端元的光谱反射率，A_i＝(X^T·X)^-1·X^T·F_i           ⑧公式⑧中，A_i是第i波段的端元反射率向量，F_i是与用做建模样本的调查样地对应的n个像元第i波段的反射率向量，X为模拟丰度值；(7)、用公式⑨-即含有全部约束的最小二乘法对整景遥感影像像元分解，$f_i=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}\left(A_{\mathrm{ij}}{x}_j\right)+e_i$⑨公式⑨中，f_i是第i波段的反射率；A_ij是第i波段，第j分量(j＝1，2，......，n)的端元反射率；x_j为第j分量在这一像元的面积中所占比例；e_i是这一像元在第i波段的误差项；约束条件如⑩-式。$\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{x}_j=1$⑩x_j≥0