[发明专利]一种高光谱激光雷达植被叶片入射角效应校正的方法

说明书

本发明公开了一种高光谱激光雷达植被叶片入射角效应校正的方法，使用高光谱激光雷达测量被测植被叶片样本在不同波长和不同入射角下的回波强度数据；在同时考虑波长和入射角对漫反射比例因子和表面粗糙度影响的前提下，对原始入射角效应公式进行修正；采用最小二乘法计算得到修正后的入射角效应公式中的两参数；依次迭代计算所有波长和入射角下的漫反射比例因子和表面粗糙度参数，并构建查找表；建立修正后的高光谱激光雷达植被叶片入射角效应校正公式；基于查找表和入射角效应校正公式，对其他波长和入射角下同种植被叶片的回波强度进行校正。该方法同时考虑了高光谱激光雷达波长和入射角对漫反射比例因子和表面粗糙度的影响，提高了校正效果。

技术领域

本发明涉及高光谱激光雷达技术领域，尤其涉及一种高光谱激光雷达植被叶片入射角效应校正的方法。

背景技术

传统单波段激光雷达只能获取单波段的回波信息，已有的高光谱成像仪只能获取二维平面上的高光谱辐射信号值，基于单波段激光雷达和高光谱成像仪数据融合的方法获得三维高光谱点云虽然已经发展一段时间，算法也比较多，但数据融合过程中始终存在着一定的不可剔除的匹配误差。高光谱激光雷达的出现解决了上述问题，利用高光谱激光雷达可以直接获取高光谱三维点云数据，但是高光谱激光雷达也面临着入射角效应问题，在获取三维点云数据时，对于同一片叶子，其在不同入射角下获取的回波强度不同，这在反演植被生化参数时会带来一定的误差，大大限制了利用高光谱激光雷达准确估算植被生化组分垂直分布的能力。

针对单波段激光雷达入射角效应的消除方法已有不少，但大多数基于物体表面遵循朗伯余弦定律散射特性的假设，其余少数物理校正方法中部分参数又难以估算，且耗时费力，此外上述算法只针对单波段激光雷达进行校正，由于高光谱激光雷达引入了更多的光谱信息，因此在消除入射角效应时不得不兼顾更多的波长，需要重新考虑新的途径和方法。

现有技术针对高光谱激光雷达入射角效应校正的方法有朗伯体假设法、植被指数法和多项式拟合法三种。朗伯体假设法假设植被叶片表面是朗伯体，其后向散射遵循余弦定律，然而真正的朗伯体在自然界几乎没有，上述定律不能真实表征植被叶片的复杂反射特性；植被指数法认为相邻的波段存在相似的入射角效应，通过构建植被指数，可以一定程度上消除入射角效应，其缺陷在于用户无法直接获得某一波段校正后的回波强度，而只能获取一个植被指数的结果，如果该指数不适用于后续的生化组分估算，则无法继续使用；多项式拟合法则是针对某一具体实例，将各种有关变量进行简单组合，得到一个多项式拟合数学关系式，不具有物理意义，实用性不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种高光谱激光雷达植被叶片入射角效应校正的方法，该方法同时考虑了高光谱激光雷达波长和入射角的影响，提高了校正效果，且不受植被指数法的限制，可以得到任一波长和入射角的校正后的回波强度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高光谱激光雷达植被叶片入射角效应校正的方法，所述方法包括：

步骤1、使用高光谱激光雷达测量被测植被叶片样本在不同波长和不同入射角下的回波强度数据；

步骤2、对于高光谱激光雷达，在同时考虑波长和入射角对漫反射比例因子和表面粗糙度影响的前提下，对原始入射角效应公式进行修正，修正后的入射角效应公式表示为：

其中，I_l,λ(α)为高光谱激光雷达在某一波长λ和入射角α下叶片后向散射回波强度；I_l,_λ(0)是叶片在某一波长λ和法线方向的后向散射回波强度；k_d,λ(α)和m_λ(α)分别为同时考虑了波长和入射角影响下的漫反射比例因子和表面粗糙度；