南疆冬枣高光谱偏振BRDF户外光照条件适应性研究
农业遥感检测时,晴朗的天气是采集光谱的必要条件。但晴朗的天气有限,因此如何在阴天和多云光照条件下进行户外南疆冬枣品质检测,对户外农产品检测具有实践参考价值。在进行户外南疆冬枣品质检测时,探测器方位和光照角度等对检测结果有重要影响,本文通过多角度偏振检测实验提高户外检测精度,同时采用Roujean模型和Ross-Li模型混合算法对不同角度方向光谱进行模型优化。主要研究结论如下:（1）探究晴天、阴天、多云光照条件对不同波长南疆冬枣二向反射分布函数（Bidirectional reflectivity distribution function,简称BRDF）的强度分量(S0,ε0,f00)、线偏振度（Degree of linear polarization,简称Dolp）与理化值模型的影响。利用统计分析方法,建立不同天气条件下S0、ε0、f00、Dolp的一阶导数光谱形式与南疆冬枣水分含量的统计方程,结果说明,多云天气条件下偏振参量、线偏振度与水分含量的相关性要优于晴天和阴天条件下的相关性,其R值分别为:0.913、0.914,且最接近暗箱光谱与水分含量模型的相关系数R的值:0.926。通过对比晴天、阴天、多云实验结果,该方法有较好的环境适应性,为户外红枣品质的遥感探测提供一定的环境适应性参考和前景应用性参考。（2）通过对偏振二向反射分布函数与试验相位角、波长的研究,提出Roujean模型定量化描述线偏振度。先用Roujean模型定量化描述强度分量(f00),以此为参考标准再对Dolp进行验证。结果说明,相位角为65.38°、45.20°时,f00模型的R方和在1413～1754nm波段内的平均误差分别为:0.9749、0.9613和4.87%、8.44%,由此可以得出Roujean模型定量化描述f00可以较好的达到精度要求,具有计算量小、快速等优点;相位角为52.20°、75.48°时,Dolp模型的R方和在980～1085nm、1208～1341nm和1439～1633nm波段内的平均误差分别为:0.9699、0.9143和6.14%、15.16%。对比f00可知Dolp也可以用Roujean模型定量化描述,进而预测任意入射和接收方向多波段下的Dolp值;Ross-Li模型定量化描述强度分量和线偏振度过程同Roujean模型。（3）使用Roujean模型和Ross-Li模型混合算法对不同角度方向反演二向反射分布函数进行模型优化。通过用高光谱相机获得的南疆冬枣二向反射分布函数测量值,采用最小二乘法来拟合Roujean模型和Ross-Li模型的参数,最后对比Roujean模型和Ross-Li模型反演的结果,提出何种天气何段波长用何种模型反演效果最好的观点,结果说明:1)整体反演的最佳方案是多云天气下的南疆冬枣Dolp用Ross-Li模型反演,强度分量用Roujean模型反演;晴天天气下的南疆冬枣Dolp和强度分量均用Ross-Li模型反演;阴天天气下的南疆冬枣Dolp和强度分量均用Roujean模型反演。2)多波段反演的最佳方案是:多云天气下,反演南疆冬枣强度分量时,波长为1000nm～1100nm范围,需用Ross-Li模型,波长为1450nm～1600nm范围,需用Roujean模型,其余波段处两种模型均可;反演南疆冬枣Dolp时,在波长为1300nm附近,需用Ross-Li模型,其余波段处两种模型均可。阴天条件下,反演南疆冬枣强度分量时,在波长为1000～1350nm范围,需用Roujean模型,在1600nm附近,需用Ross-Li模型,其余波段处两种模型均可;反演南疆冬枣Dolp时,在波长为1000nm～1350nm范围,需用Roujean模型,在波长为1600nm附近,需用Ross-Li模型。晴天条件下,反演南疆冬枣强度分量时,波长为1000～1350nm范围内和1600nm附近,需用Ross-Li模型,其余波段处则无特殊要求;反演南疆冬枣Dolp时,在波长为1000nm附近,需用Roujean模型,在波长为1600nm附近,需用Ross-Li模型。从而探索出消除或减小反演数据差异的方法,为南疆冬枣户外检测提高精度奠定基础。
- 作者：
- 索玉婷
- 学位授予单位：
- 塔里木大学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2021年
- 导师姓名：
- 罗华平
- 中图分类号：
- S665.1
- 关键词：
- 二向反射分布函数；Roujean模型；Ross-Li模型；冬枣；高光谱
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- 基金项目：
- 国家自然科学基金项目“基于偏振二向反射特性的南疆红枣偏振遥感机理研究”“南疆红枣多尺度高光谱偏振定量遥感模型研究”的部分研究成果（项目编号:11464039,11964030）课题主持人:罗华平教授（塔里木大学）%国家自然基金项目（11164023）