[发明专利]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

权利要求书

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；

步骤4)中所述的根据归一化结果输出反演生物量估算结果，具体为：

S1：由每个区域归一化后的光照强度L、色相H以及饱和度S构成HSL色彩模型，将其转换为RGB模型；设h为HSL颜色空间中的任意像素色相的值，定义中间变量为根据如下公式计算得到中间变量t_R，t_G，t_B：

t_G＝h_k

对于计算得到的t_C，C∈{R，G，B}，若t_C＜0，则t_C＝t_C+1，若t_C＞0，则t_C＝t_C-1；设s为任意像素HSL颜色空间中的饱和度的值，l为任意像素HSL颜色空间中明度的值，对于每个RGB颜色变量Color＝(Color_R，Color_G，Color_B)＝(r，g，b)，计算中间变量q，p：

p＝2×l-q

然后对于Color_c，C∈{R，G，B}，可得到：

S2：根据如下方程组计算反演叶面积指数LAI；

其中，ρ_blue，ρ_red，ρ_green为一次散射项，为多次散射项，ρ_v，blue，ρ_v，green，ρ_v，red为蓝色、绿色、红色光太阳天顶角反射率，ρ_g，blue，ρ_g，green，ρ_g，red为蓝色、绿色、红色光观测天顶角反射率，K_g为可视的背景光照面积比、K_c为可视的树冠光照面积比、K_t为可视的树冠阴影面积比、K_z为可视的背景阴影面的面积比，上述参数为已知森林场景参数，由此可计算得到每个区域的反演叶面积指数LAI；

S3：通过实测不同遥感图像的森林叶面积指数LAI_Real与实测森林生物量biomass_Real以及森林年龄指数AGE，建立实测叶面积指数与实测生物量数据的回归关系：

biomass_Real＝aLAI_Real+bAGE+c

经过实际数据拟合，计算得到叶面积指数影响系数a，森林树木年龄影响系数b以及常量系数c，由此将反演森林叶面积指数LAI带入得到每个区域的反演森林生物量biomass：

biomass＝aLAI+bAGE+c。

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，...，w_i，...，w_n]，w_i为某一矩形顶点的坐标位置。