基于BRDF校正的上海近海水体叶绿素a浓度反演

为了探究上海近海区水体生态状况,采用水色遥感技术,对叶绿素a浓度进行反演,考虑BRDF对反演的影响,基于Landsat-8遥感数据和水质实测数据,结合Lee模型和QAA算法对上海近海水体进行BRDF校正。结果表明:悬浮泥沙浓度是影响水体BRDF的主要原因之一;日光在非垂直入射时,角度对水体BRDF影响较小;BRDF校正后模型R2平均值达到0.9,提高了22.2%,RMSE平均值降低至0.74;BRDF校正前上海近海区叶绿素a浓度平均被高估2 mg/m^(3)。通过BRDF校正提高了叶绿素a反演精度,为近海水体水色反演研究提供新思路。

基于BRDF可见光偏振成像技术的海面溢油油种识别研究

海上溢油事件发生后需要及时判断溢油种类,为溢油事故处置提供及时有效的应对措施。本文利用BRDF多角度测量装置和可见光偏振相机对不同油种和清洁海水进行观测,基于可见光偏振特征筛选出最佳观测Stokes参量和对应观测几何,构建了清洁海水和不同油种数据集,并建立了基于BRDF偏振特征的DBN溢油油种识别模型。研究发现,在实验室可控条件下,相对方位角–60°、0°、–30°组合时油种识别效果较好,光源天顶角和相机观测角二者在接近±50°时识别效果较好;多次重复实验显示,海水、原油、重油、汽油、柴油、棕榈油的最优识别率分别为90%、86.27%、84%、80.44%、82.08%和82%;基于可见光偏振特征所建立的油种识别模型,对于海面溢油种类区分具有较好的效果。

基于BRDF模型的伪装目标与背景动态光谱一致性分析

伪装目标与背景的光谱一致性是评价光学伪装效果的重要指标。在时间随机、方向任意的光学侦察威胁下,太阳光入射角度的变化以及观测角度不同使得观察到的目标与背景的光谱特性发生相应变化,导致光谱动态差异,给伪装目标与背景融合度的精准评估带来了困难。为解决该问题,提出了基于双向反射分布函数(BRDF)的光谱一致性分析方法,基于广义逆矩阵回归拟合得到模型参数,据此构建核系数一致性指数,用以量化伪装目标和背景参数之间的差异,实现多角度的动态光谱一致性分析。使用该模型与传统的评估方法进行了比对实验验证,结果表明,传统一致性分析方法的评价结果会随着角度的变化而波动,而所提方法对动态光谱一致性给出了稳定的评价结果,说明了所提方法比传统方法更为可靠和合理,所做工作对光学伪装评价具有参考意义。

粗糙铝表面光谱偏振BRDF的测量与建模

金属铝在航空航天、军事国防、电子通信等领域具有重要应用,对铝材料表面光谱偏振散射特性的研究有助于丰富材料的光学信息,能够为铝材料的应用提供数据支撑.首先基于一套传统双向反射分布函数(bidirectional reflectance distribution function,BRDF)测量装置在近红外波段测量了粗糙铝表面的光谱偏振BRDF,并分析了入射天顶角、粗糙度等因素对测量结果的影响.测量结果表明:入射角、波长、偏振态和表面粗糙度对BRDF有显著影响.其次,分别采用Beckmann分布和指数分布概率密度分布函数建立了BRDF模型,并对实验结果进行了拟合.通过对比能够发现:对于同一样品和相同入射条件,不同的模型能够得到不同的拟合结果;对于不同粗糙度的样品采用不同的模型可能得到更好的拟合结果.

基于BRDF数据的金属漆颜料制品的色貌预测评估

通过双目观察与匹配心理物理学实验,对金属漆颜料制品在两种几何条件下进行了视觉评价,随后将金属漆颜料制品的视觉平均数据分别与基于双向反射分布函数(BRDF)数据和基于PR715分光辐射计测量结果的色貌模型预测结果进行最小二乘法线性拟合。实验结果表明,在不同几何条件下,BRDF数据均可以用来对金属漆颜料制品进行色貌预测;对于三属性预测而言,在明度和彩度方面,基于BRDF数据的色貌模型预测精度不如基于PR715分光辐射计数据的色貌模型预测精度,而在色调角方面,基于BRDF数据的色貌模型预测精度则高于基于PR715分光辐射计数据的色貌模型预测精度。

基于广义逆矩阵的BRDF模型参数拟合方法

为了提高二向性反射率分布函数(BRDF)模型参数拟合的效率,充分了解地物目标的光谱方向特性,提出了一种基于广义逆矩阵的BRDF模型参数拟合方法。首先分析了地物光谱反射的方向特性,然后使用成像光谱仪测量不同方向条件下目标的光谱反射率,将实验条件与先验测量数据代入BRDF模型中,建立广义逆矩阵等式并拟合出测量目标的模型参数;利用拟合的目标BRDF模型参数反推任意特定方向条件下的光谱反射率,并与实测数据作对比,采用光谱角制图法度量其相似度。结果表明,草地和迷彩雨衣的拟合光谱曲线与实测光谱曲线的相似度很高,分别达到了0.1307和0.0896,证实了该参数拟合方法的有效性,同时也验证了BRDF模型的泛化拟合能力。该方法原理简单、快速有效,可为其它类型的BRDF模型参数拟合与后续地物目标光谱特性研究提供参考。

多角度测量系统实现室外BRDF测量

为了实现室外BRDF的准确测量,设计了多角度测量系统。测量系统包括一台自动测量架和两台ASD(Analytical Spectral Devices)公司生产的野外型光谱仪,光谱仪的光谱分辨率为3nm,一台光谱仪固定在测量架平台上测量目标各方向反射,另一台光谱仪放置在地面上同时测量漫反射板反射。应用该系统进行了室外草地的测量实验,测量整个周期(66个方向点)用时10min,测量主平面(间隔5°,共31个方向点)用时2.5min。测量结果显示目标的反射为非朗伯性,并在主平面的反射方向性最强烈。

靶材料BRDF现场模拟测量

介绍一种利用频率调制光谱技术 ,在自然环境光下进行材料双向反射分布函数 (BRDF)的测量方法 用该方法对若干墙面靶材料的反向散射双向反射分布函数进行了测量 ,并给出了被测材料的BRDF拟合函数参量 测量环境模拟了以墙面材料为反射靶的激光现场遥感探测气体测量环境 。

室外高光谱BRDF自动测量系统的设计

室外BRDF（Bidirectional reflectance distribution function）测量随着遥感的发展越来越重要。室外测量要求测量周期短、测量点多、光谱分辨率高。为了满足这一要求,设计了室外高光谱BRDF自动测量系统。系统主要由自动测量架和光谱仪器组成。测量架半径为2m,主要由天顶弧轨道、方位圆轨道、伺服电机、PLC组成。光谱仪器包括一台亮度计和一台照度计,亮度计测量反射亮度,被固定在测量架小车平台上,照度计测量入射照度。两台光谱仪器采用相同的平场凹面光栅分光、线阵列探测器探测。光谱测量范围为400~2500nm,光谱分辨率为3.5nm（400~1000nm）、12nm（1000~2500nm）。系统在工控机的控制下完成自动测量。在自动默认状态下测量周期大约为10min。

目标表面遮蔽函数参数的反演与BRDF统计建模的优化

遮蔽函数是目标表面双向反射分布函数(BRDF)统计建模中的一个重要因子,工程应用中常将遮蔽函数中的参数取一组不变的经验值,这种近似具有一定优越性,适合一般工程应用。但对于不同材料,这种做法缺乏理论依据,不能准确反映材料表面的散射特性,会给计算结果带来较大误差。利用目标表面CCD图像灰度图,结合图像处理,计算了像素的灰度梯度。通过遗传模拟退火算法反演出BRDF中遮蔽函数的参数,用反演得到的参数替换遮蔽函数中的经验参数计算水泥板表面的BRDF,并将拟合值和BRDF的实验值相比较,结果表明:随入射角增大,遮蔽函数参数取反演值时的BRDF比取经验值时的BRDF精度更高,为目标表面BRDF统计建模的优化提供了一种方法。

基于遗传LM算法的涂层目标光谱偏振BRDF建模分析

通过比较测量方法测量得到绿漆涂层木板探测目标在400~720 nm的光谱偏振二向反射分布函数值,从获得的户外试验测量数据入手,分析与探测角、波长之间的关系,通过有限探测条件得到的光谱偏振二向反射分布函数值（BRDF）建立光谱偏振BRDF模型,来描述探测目标的偏振二向反射特性。其中利用基于小面元的模型建立光谱偏振BRDF模型,利用遗传算法和Levenberg-Marquardt（LM）算法相结合的优化算法来获得非线性模型参数。仿真实验结果表明采用的遗传LM优化算法具有较好的性能,能较快较准确得到非线性的模型参数。真实实验数据证明了基于小面元模型的正确性,表明光谱偏振二向反射分布函数建模方法结果的可靠性。最后与绿漆涂层铁板目标的模型反演参数进行比较得出：2种不同材质、相同颜色涂层的目标,具有较为接近的折射率,其较小差别可以理解为由涂层的厚度、均匀程度的不同导致,而非不同的材质所引起。

AMTIS大气订正算法——基于MODTRAN4.1与BRDF大气订正环

基于BRDF大气订正环的途径和核驱动模型 ,用MODTRAN创建大气参数查找表 (LookUpTable LUT) ,加入地表先验知识 ,对AMTIS(AirborneMulti angleTIR/NIRImagingSystem AMTIS)的可见光、近红外波段数据进行了大气订正 ,并根据地面数据进行了验证。结果表明 。

新几何光学核驱动BRDF模型反演地表反照率的算法

MODIS的反照率和二向反射产品由基于核驱动模型的AMBRALS程序提供。目前AMBRALS算法系统中所用的描述几何光学散射的核为LiSparseR核。新提出的一个几何光学核—LiTransit核兼有LiSparse核向LiDense核过渡的优点 ,比LiSparseR核更符合几何光学模型的基本原理。验证结果表明 :与LiSparseR核比较 ,RossThick—LiTransit的核组合更能反映直入扇出反照率随太阳天顶角变化的趋势。因此在下一代的AM BRALS算法系统中 ,将用新的LiTransit核取代LiSparseR核。目前AMBRALS算法系统为了快速处理每天大量的数据 ,用多项式拟合核的半球积分。因此 ,为了替换LiSparseR核 ,同时又不影响整个算法的系统性 ,本文研究了LiTransit核的多项式拟合。结果表明 :拟合的多项式与核半球积分的相关性很好。

激光主动成像中的BRDF特性

分析了常用的收发同路的BRDF函数模型,引入实折射率的函数描述介质特性进一步简化SUN模型,在传统的BRDF测试系统基础上,提出了一种基于图像分析的收发同路BRDF分析方法,采用激光主动成像实验系统照明目标样品板并成像,通过改变目标板与成像系统之间的夹角获得不同角度目标图像,进而利用图像灰度信息计算目标的BRDF值,最终得出BRDF曲线。针对不同材质进行了实验测量和仿真分析,结果表明:镜面反射目标在小角度范围内反射较强,漫反射目标较镜面反射目标有较大的可见角度范围,测试结果直接反映了成像性能,可体现不同目标材质的BRDF特性,为空间目标激光主动探测系统设计和系统成像性能分析提供数据和理论基础。

离散植被冠层的解析混合BRDF模型——MGeoSAIL

根据适合于垂直单角度观测的GeoSAIL模型,改进得到适合于各种角度观测的MGeoSAIL模型。它是几何光学模型和辐射传输模型的结合。具备两种模型的优点使MGeoSAIL模型更具准确性和实用性。其中几何光学模型用来计算场景内不同情况下阴影和光照成分的比例,辐射传输模型(SAIL)考虑冠层内的辐射传输计算得到树冠的反射率和投射率,将其权重加和生成场景反射率。模拟结果表明该模型简单实用,在可见光与近红外波段均能反映出"热点"效应,在近红外波段能描述出"碗边"效应,且更适合于低密度、大个体、不连续稀疏林分冠层的BRDF模拟。

一种改进的MODIS影像BRDF辐射校正方法

针对二向性造成的辐射失真 ,在核驱动模型的基础上提出了一种改进的二向性反射分布模型 ,并通过对MODIS影像的试验 ,得到了减弱辐射差异的较好效果 。

BRDF模型参数分阶段鲁棒性反演方法

遥感BRDF物理模型均建立于一定的假设或基于某些理想状况,其模拟的数据与观测数据之间多少会存在一些差异(误差)。利用BRDF模型反演地表参数时,如果不加选择地使用所有观测数据,势必会影响模型参数反演的准确度。遥感反演时一般都采用代价函数进行参数拟合。经典的最小二乘(LS)拟合代价函数对正态分布误差具有一定的抗干扰性,但是当观测数据含有异常值时却会导致反演结果的不稳定。最小中值平方(LMS)方法具有鲁棒性特点,反演时若将其作为代价函数,则可以有效地检测出观测数据中含有的异常值,从而可以使模型反演准确度提高。本文以遥感BRDF物理模型———SAIL模型为例,使用模拟数据与真实地面观测数据,构建LMS与LS两种代价函数,分阶段地进行地表参数的反演方法研究。结果显示,针对具有一定误差或模型不能完全表示的观测数据,本文采用的分阶段方法可以对模型参数鲁棒地反演。

考虑地物BRDF特性改进后的CBERS-02卫星CCD相机的辐射定标系数

在MOD IS数据对CBERS-02卫星CCD相机的交叉辐射定标、获得CCD相机时间系列的辐射定标斜率系数与截距基础上,本文考虑地物BRDF特性的影响,开展了提高CCD相机数据定量化应用的辐射定标数据精度的研究,并提供了比较全的时间系列辐射定标系数。

基于BRDF理论的散射光谱加和性研究

依据双向反射分布函数理论,推导出散射光谱的加和性原理。散射光谱加和性是指对于材质质点之间无相互作用的平面漫反射体系,在光源与入射面材质不存在干涉、衍射、荧光、光谱上转换和光谱下转换等相互转换作用,且无光化学现象及非线性效应发生的前提下,且符合能量守恒定律的同时,由单光源或多光源照射的材料的散射光谱,等于该材料中每种材质的散射光谱的线性叠加。实验上,以几种材料的散射光谱为例,通过改变探测条件、照明条件和材质比例,进行了散射光谱加和性的实验验证,并且针对实验结果进行了误差分析。单光源条件下的最大实验误差为2.64%,多光源条件下则为2.35%,加和计算偏差均在实验误差允许范围内。由此证明了材料的散射光谱具有加和性,不受组成的材质差异性、材质的面积比例组合多样性、以及实验条件多变性影响。散射光谱加和性的首次提出,不仅为基于散射光谱的复杂结构体的特征提取及识别研究提供了确切的理论依据和有效的分析方法,而且对相关的实验分析和应用研究有着重要的借鉴和参考意义。

定标漫反射板实验室系统级BRDF测量方法

星上定标系统是卫星遥感器的重要组成部分,用于实现仪器的星上辐射定标等功能。介绍了安装在某一时间调制型傅里叶变换光谱仪上的星上定标系统,该星上定标系统采用漫反射板太阳辐射定标方法进行仪器在轨全口径、全光路、全视场的星上辐射定标。定标漫反射板在光谱仪光路最前端反射太阳光,通过已知的大气外太阳照度和漫反射板的双向反射分布函数BRDF确立辐亮度标准。定标漫反射板的BRDF需要在实验室进行精确测量。介绍了在光谱仪整机状态下使用太阳模拟器和标准漫反射板进行定标漫反射板实验室系统级BRDF测量的方法,对使用定标漫反射板系统级BRDF进行星上辐射定标时的绝对辐射定标精度进行了分析,绝对辐射定标精度能够满足≤5%的指标要求。