基于地表二向反射特性建模的大视场遥感数据观测几何归一化方法研究

Wide-field-of-view remote sensing data has great application potential in the study of the bi-directional reflectance characteristics of the Earth's surface, which can provide a wealth of multi-angle observation data for modeling the bi-directional reflectance of the land surface. In this proposal, the potential of wide-field-of-view remote sensing data will be deeply explored. On the basis of the semi-empirical BRDF model, the change law of surface bi-directional reflectance under the influence of the surface state change is first analyzed. Then, by introducing the surface state characterization parameters, the surface bi-directional reflectance model considering the change of the surface state is established, which provides a theoretical basis for the inversion of the land surface bi-directional reflectance characteristic. Based on the new surface bi-directional reflectance model, the inversion method of bi-directional reflectance features of the same ground cover type will be established, and the sun-target-sensor geometry normalization algorithm is proposed for the wide-field-of-view remote sensing data. Finally, the method was evaluated using satellite BRDF products and ground measured data. This study is of great theoretical and application value, and it can provide some essential technological supports in the quantitative remote sensing inversion and application based on surface bi-directional reflectance characteristics.

大视场遥感数据在地表二向反射特性研究中具有巨大的应用潜能，可以为地表二向反射特性研究提供丰富的多角度观测信息。本项目充分利用大视场遥感数据自身特点，在半经验BRDF模型的基础上，探索地表状态变化影响下的地表二向反射特性的变化规律，通过引入地表状态表征参数，建立考虑地表状态变化的地表二向反射模型，为地表二向反射特性反演提供理论基础。进而，在新建立地表二向反射模型的基础上，建立同一地物覆盖类型的二向反射特征反演方法，发展适用于大视场遥感数据的观测几何归一化算法。最后，利用卫星BRDF产品及地面实测多角度数据对模型进行评价。本项目能够为基于地表二向反射特征的定量遥感反演以及应用等提供必要的技术支撑，具有重要的理论和应用价值。

为了实现高频次、全球尺度的陆表状态变化监测，国内外很多空间机构通过发射宽覆盖、大视场的卫星传感器实现高频次全球覆盖。尤其是近年来，宽覆盖、大视场、高空间分辨率的卫星传感器也逐渐出现，例如：我国GF-1号卫星上搭载的宽幅多光谱相机。由于地表自身具有的二向反射特性，对于大视场遥感器获取的数据，不同像元对应的太阳入射以及传感器的观测角度存在差异，大视场遥感数据中各像元对应的地表反射率差异明显。此外，观测几何差异导致同一目标的时间序列数据中存在着严重的短期波动，这种波动严重影响利用时间序列数据获得某种规律性信息的准确性。因此，只有将大视场遥感数据中不同入射角和观测角的影响归一化，减少不同角度观测的反射率差异引起的错判和误判，才能保证遥感定量反演的准确性。地面目标二向反射特性建模是实现大视场遥感数据观测几何归一化的先决条件，另一方面，大视场遥感数据在地表二向反射特性研究中具有巨大的应用潜能，可以为地表二向反射特性研究提供丰富的多角度观测信息。.本项目则充分利用大视场遥感数据自身特点，在半经验BRDF 模型的基础上，探索地表状态变化影响下的地表二向反射特性的变化规律，通过引入地表状态表征参数，建立了考虑地表状态变化的像元尺度地表二向反射模型。同时，在所建立地表二向反射模型的基础上，发展了一种适用于大视场遥感数据的观测几何归一化算法。最后，利用卫星数据产品及地面多角度数据对模型进行评价，结果表明考虑地表状态变化的像元尺度地表二向反射模型、大视场遥感数据角度归一化方法的有效性，也为相关应用前景分析提供了支持。