基于多角度偏振相机的城市典型地物双向反射特性研究

谢东海; 顾行发; 程天海; 余涛; 李正强; 陈兴峰; 陈好; 郭婧

doi:10.7498/aps.61.077801

摘要

基于高空间分辨率多角度偏振相机(directional polarimetric camera,DPC)获取的中国珠江三角地区典型地表多角度航空数据,在航空尺度上反演得到城市区域四种典型地物的三种半经验双向反射率(bidirectional reflectance distribution function,BRDF)模型的参数,并对模型精度进行分析.结果表明,三种半经验BRDF模型对多角度反射率数据都有较好的拟合能力,其中,Ross-Li模型对森林类型的拟合误差最小,Ross-Roujean模型对裸土类型的拟合误差最小,RPV模型对城市和灌木类型的拟合误差最小.在此基础上,重点分析了四种城市典型地物高空间分辨率的双向反射特性,研究发现,不同地物的反射率存在差别,但整体趋势都随着散射角的变大而变大.城市区域典型地物类型双向反射特性的研究,将为基于遥感数据探测地表和大气物理光学参数提供理论支持.

关键词:

Abstract

This paper deals with the retrieving of the bidirectional reflectance distribution functions (BRDFs) of the distinct urban cover in the Pearl River Delta (PRD) region employing the high-spatial-resolution multi-angle polarized measurements made by the directional polarimetric camera (DPC). The results show that three BRDF models (RPV, Ross-Roujean and Ross-Li) describe the DPC measurements well. Forest is best fitted by Ross-Li and bare soil is best fitted by Ross-Roujean. Urban and shrub are best fitted by RPV. The results demonstrate that the reflectances of different types of surfaces are different and increase with the increase of scattering angle. The basic theory of investigating surface properties using multi-angle measurements is proposed.

Keywords:

作者及机构信息

1.
遥感科学国家重点实验室, 中国科学院遥感应用研究所, 北京 100101;

2.
中国科学院研究生院, 北京 100049

基金项目: 国家重点基础研究发展计划(973计划)(批准号:2010CB950800);国家自然科学基金(批准号:41001207);中国科学院知识创新工程重要方向项目(批准号:KZCX2-EW-QN311)资助的课题.

Authors and contacts

1.
State Key Laboratory of Remote Sensing, Institute of Remote Sensing Applications, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China;

2.
Graduate University of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Funds: Project supported by the National Basic Research and Development Programs of China (973 Program) (Grant No. 2010CB950800), the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 41001207), and the Funds of the Chinese Academy of Sciences for Key Topics in Innovation Engineering(Grant No. KZCX2-EW-QN311).

参考文献

[1]	Hasekamp O P, Landgraf J 2007 Appl. Opti. 46 3332
[2]	Mishchenko M I, Geogdzhayev I V, Cairns B, Carlson B E, Chowdhary J, Lacis A A, Liu Li, Rossow W B, Travis L D 2007 J. Quant. Spectrosc. Ra. 106 325
[3]	Chowdhary J, Cairns B, Mishchenko M I, Hobbs P, Cota G, Re-demann J, Rutledge K, Holben B N, Russel E 2005 Journal of Atmospheric Sciences 62 1093
[4]	Hasekamp O P, Landgraf J 2005 J. Geophys. Res. 110 D20207
[5]	Mishchenko M I, Travis L D 1997 J. Geophys. Res. 102 16989
[6]	Tanre D, Kaufman Y J, Herman M, Mattoo S 1997 J. Geophys. Res. 102 971
[7]	Hyman A H, Barnsley M J 1997 Int. J. Remote Sens. 18 2471
[8]	ZhangY, Tian Y, Myneni R B, Knyazikhin Y, Woodcock C E 2002 Remote Sens. Environ. 80 418
[9]	Knyazikhin Y, Martonchik J V, Diner D J, Myneni R B, Verstraete M M, Pinty B, Gobron N 1998 J. Geophys. Res. 103 32239
[10]	Bicheron, P, Leroy M 1999 Remote Sens. Environ. 67 251
[11]	Vermote E F, Saleous N E, Justice C O, Kaufman Y J, Privette Y J, Remer L, Roger J C, Tanre′ D 1997 J. Geophys. Res. 102(D14) 17,131
[12]	Hapke B 1981 J. Geophys. Res. 86(B4) 3039
[13]	Rahman H, Pinty B, Verstraete M M 1993 J. Geophys. Res. 98(D11) 20791
[14]	Roujean J L, Leroy M, Deschamps P Y 1992 J. Geophys. Res. 97(D18) 20455
[15]	Li X, Strahler A H 1992 IEEE T. Geosci. Remote 30 276
[16]	Wanner W, Li X, Strahler A H 1995 J. Geophys. Res. 100(D10) 21077
[17]	Maignan F, Breon F M, Lacaze R 2004 Remote Sens. Environ. 90 210
[18]	Litvinov P, Hasekamp O, Cairns B 2011 Remote Sens. Environ. 115 781
[19]	Mishchenko M,Cairns B, Kopp G, Schueler G, Fafaul C, Hansen J 2007 B. Am. Meteorol. Soc. 88 677
[20]	Maignan F, Breon F M, Fedele E, Bouvier M 2009 Remote Sens. Environ. 113 2642
[21]	Waquet F, Leon J F, Cairns B 2009 Appl. Optics 48 1228
[22]	Lafrance B 1997 Ph. D. (France: Universite′ des Sciences et Tech-niques de Lille)

施引文献

[1]	Hasekamp O P, Landgraf J 2007 Appl. Opti. 46 3332
[2]	Mishchenko M I, Geogdzhayev I V, Cairns B, Carlson B E, Chowdhary J, Lacis A A, Liu Li, Rossow W B, Travis L D 2007 J. Quant. Spectrosc. Ra. 106 325
[3]	Chowdhary J, Cairns B, Mishchenko M I, Hobbs P, Cota G, Re-demann J, Rutledge K, Holben B N, Russel E 2005 Journal of Atmospheric Sciences 62 1093
[4]	Hasekamp O P, Landgraf J 2005 J. Geophys. Res. 110 D20207
[5]	Mishchenko M I, Travis L D 1997 J. Geophys. Res. 102 16989
[6]	Tanre D, Kaufman Y J, Herman M, Mattoo S 1997 J. Geophys. Res. 102 971
[7]	Hyman A H, Barnsley M J 1997 Int. J. Remote Sens. 18 2471
[8]	ZhangY, Tian Y, Myneni R B, Knyazikhin Y, Woodcock C E 2002 Remote Sens. Environ. 80 418
[9]	Knyazikhin Y, Martonchik J V, Diner D J, Myneni R B, Verstraete M M, Pinty B, Gobron N 1998 J. Geophys. Res. 103 32239
[10]	Bicheron, P, Leroy M 1999 Remote Sens. Environ. 67 251
[11]	Vermote E F, Saleous N E, Justice C O, Kaufman Y J, Privette Y J, Remer L, Roger J C, Tanre′ D 1997 J. Geophys. Res. 102(D14) 17,131
[12]	Hapke B 1981 J. Geophys. Res. 86(B4) 3039
[13]	Rahman H, Pinty B, Verstraete M M 1993 J. Geophys. Res. 98(D11) 20791
[14]	Roujean J L, Leroy M, Deschamps P Y 1992 J. Geophys. Res. 97(D18) 20455
[15]	Li X, Strahler A H 1992 IEEE T. Geosci. Remote 30 276
[16]	Wanner W, Li X, Strahler A H 1995 J. Geophys. Res. 100(D10) 21077
[17]	Maignan F, Breon F M, Lacaze R 2004 Remote Sens. Environ. 90 210
[18]	Litvinov P, Hasekamp O, Cairns B 2011 Remote Sens. Environ. 115 781
[19]	Mishchenko M,Cairns B, Kopp G, Schueler G, Fafaul C, Hansen J 2007 B. Am. Meteorol. Soc. 88 677
[20]	Maignan F, Breon F M, Fedele E, Bouvier M 2009 Remote Sens. Environ. 113 2642
[21]	Waquet F, Leon J F, Cairns B 2009 Appl. Optics 48 1228
[22]	Lafrance B 1997 Ph. D. (France: Universite′ des Sciences et Tech-niques de Lille)

[1]	王康宇, 周昱林, 何丽媛, 卢春尧, 于润, 吴大伟. 多角度复合的超声多普勒矢量血流成像. , 2022, 71(10): 104303. doi: 10.7498/aps.71.20211825
[2]	火元莲, 王丹凤, 龙小强, 连培君, 齐永锋. 非高斯冲激干扰下基于Softplus函数的核自适应滤波算法. , 2021, 70(2): 028401. doi: 10.7498/aps.70.20200954
[3]	王涛, 周楠, 易维宁, 洪津, 刘晓, 李新, 张权, 刘诗雨, 李照洲, 李凯涛, 崔文煜. 亚米级光学卫星影像邻近效应校正. , 2021, 70(13): 139101. doi: 10.7498/aps.70.20202187
[4]	王传位, 李宁, 黄孝龙, 翁春生. 基于多角度投影激光吸收光谱技术的两段式速度分布流场测试方法. , 2019, 68(24): 247801. doi: 10.7498/aps.68.20191223
[5]	郑逢勋, 侯伟真, 李正强. 高分五号卫星多角度偏振相机最优化估计反演: 角度依赖与后验误差分析. , 2019, 68(4): 040701. doi: 10.7498/aps.68.20181682
[6]	钱鸿鹄, 孟炳寰, 袁银麟, 洪津, 张苗苗, 李双, 裘桢炜. 星载多角度偏振成像仪非偏通道全视场偏振效应测量及误差分析. , 2017, 66(10): 100701. doi: 10.7498/aps.66.100701
[7]	李广明, 胡志辉. 基于人工蜂群算法的混沌信号盲提取. , 2016, 65(23): 230501. doi: 10.7498/aps.65.230501
[8]	相坤生, 程天海, 顾行发, 郭红, 陈好, 王颖, 魏曦, 包方闻. 基于多角度偏振载荷数据的中国典型地物偏振特性研究. , 2015, 64(22): 227801. doi: 10.7498/aps.64.227801
[9]	田中大, 高宪文, 石彤. 用于混沌时间序列预测的组合核函数最小二乘支持向量机. , 2014, 63(16): 160508. doi: 10.7498/aps.63.160508
[10]	孙兰君, 田兆硕, 任秀云, 张延超, 付石友. 溢油海水双向反射分布函数的建模及仿真. , 2014, 63(13): 134211. doi: 10.7498/aps.63.134211
[11]	杨秀峰, 刘谋斌. 光滑粒子动力学SPH方法应力不稳定性的一种改进方案. , 2012, 61(22): 224701. doi: 10.7498/aps.61.224701
[12]	顾行发, 陈兴峰, 程天海, 李正强, 余涛, 谢东海, 许华. 多角度偏振遥感相机DPC在轨偏振定标. , 2011, 60(7): 070702. doi: 10.7498/aps.60.070702
[13]	李士军, 任玉, 卢俊, 蔡红星. 声光可调滤波器的超声波频率协调关系的研究. , 2011, 60(5): 054216. doi: 10.7498/aps.60.054216
[14]	袁艳, 孙成明, 张修宝. 空间目标表面材料光谱双向反射分布函数测量与建模. , 2010, 59(3): 2097-2103. doi: 10.7498/aps.59.2097
[15]	程天海, 顾行发, 余涛, 陈良富, 田国良. 地表双向反射对天基矢量辐射探测的影响分析. , 2009, 58(10): 7368-7375. doi: 10.7498/aps.58.7368
[16]	程天海, 顾行发, 陈良富, 余涛, 田国良. 卷云多角度偏振特性研究. , 2008, 57(8): 5323-5332. doi: 10.7498/aps.57.5323
[17]	张善文, 巴音贺希格. 衍射光栅积分理论中核函数的简化及其特性分析. , 2008, 57(6): 3486-3493. doi: 10.7498/aps.57.3486
[18]	冯素娟, 尚亮, 毛庆和. 利用偏振控制器连续调节光纤环镜的反射率. , 2007, 56(8): 4677-4685. doi: 10.7498/aps.56.4677
[19]	朱熙文, 叶朝辉. 选择照射下核自旋波函数的变换特性. , 1982, 31(2): 199-206. doi: 10.7498/aps.31.199
[20]	韩文述, 邵耀良, 阮英超. 奇A核非轴对称转动波函数与能级的计算. , 1963, 19(2): 99-102. doi: 10.7498/aps.19.99

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