山地光学遥感成像仿真与建模方法研究

• 作 者: 秦慧平
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 光学遥感 成像仿真 地形校正 太阳辐照度 地表反射率

本文的研究工作主要围绕山地光学遥感成像仿真与建模展开,在论述太阳光线经过大气-山区地表-大气-传感器端辐射传输过程的基础上,对山地光学遥感成像仿真与建模过程中遇到的问题进行了分析,着重从山区地表地形效应校正、地表太阳辐照度模拟以及地表BRDF特性方面进行了定量化研究。　　
地表反射率的反演是实现成像仿真的基础,山区起伏地形产生的阴影会给地表反射率的反演带来较大误差。本文基于几种典型地形校正方法,以选定研究区域为例,对ETM+和HR两种影像数据进行了地表反射率的校正反演,并对低分辨DEM数据插值到高分辨DEM数据产生的误差进行了分析。经过地形校正后,地形阴影被消除,地形三维效果得到了削弱,地形校正效果较好。通过直方图、散点图和统计方法对校正结果的进一步比较表明,在一定条件下,对低分辨DEM数据逐步插值以后,可以利用典型地形校正方法实现HR高分辨遥感影像地形效应的校正。　　
山区地表接收的太阳辐射受大气、地形、时间等因素影响,表现在低太阳高度、高地形起伏区域阴影严重,而且天空散射光以及邻近坡地的交叉辐射影响也比较复杂。本文通过建立水平地表太阳辐照度查找表,根据山区地表太阳辐照度计算模型,分析了时间、坡度、坡向、高程对地表太阳辐照度的影响,并模拟了特定时刻研究区域接收到的太阳辐照度图。　　
山区地表结构复杂,地物表面与电磁波作用具有明显的方向性。本文通过实验测量,分析研究了地表BRDF特性对目标反射率的影响,并通过模型拟合分析,选择了合适的BRDF线性核驱动模型来描述地物表面的BRDF特性。　　
最后,综合地形对地表反射率、地表太阳辐照度等因素的影响,对太阳光线经大气.地表.大气到达传感器端的过程进行定量化模拟计算,并引入地表方向反射因子,最终实现了不同成像时刻山地光学遥感成像过程的模拟,得到了不同太阳入射角对应的传感器端接收到的表观辐亮度图。　　
通过与基于朗伯体假设情况下得到的仿真结果进行比较,本文考虑地形方向效应实现的山地光学遥感成像仿真更能体现实际光学遥感辐射传输过程,本研究将进一步促进山地光学遥感数据的定量化处理和应用。