基于多角度成像数据的新型植被指数构建与叶绿素含量估算

叶绿素含量的快速估算对于及时了解作物的长势、病虫害监测以及产量的评估都具有重要意义。利用自主研发的多角度成像观测系统获取了不同生育期玉米的高光谱影像，精确地提取出主平面内各个观测角度下玉米冠层的反射率。通过对ACRM模型模拟值和实测值的分析，计算出玉米冠层红波段下的热点-暗点指数（HDS），并利用该指数对 TCARI 进行改进，提出一个基于多角度观测的新型植被指数 HD-TCARI，最后使用多角度高光谱成像数据对其进行了地面验证。结果表明，HD-TCARI能够减小LAI 对叶绿素估算的影响，当叶绿素浓度大于30μg · cm^-2，HD-TCARI 与 LAI 的相关性R2仅为26．88％～28．72％；当叶绿素浓度较高时，HD-TCARI具有抗“饱和”的特性在LAI 在1～6之间变化时，HD-TCARI与叶绿素浓度的线性关系R2较TCARI提高了约9％左右。利用多角度高光谱成像数据对 HD-TCARI进行地面验证，其与叶绿素浓度的线性关系（R^2＝66．74％）明显优于TCARI所建立的估算模型（R^2＝39．92％），证明了 HD-TCARI指数具有更好地估算叶绿素浓度的潜力。

基于多角度成像数据的大豆冠层叶绿素密度反演

利用多角度观测系统采集田间不同生育期大豆冠层的图谱数据,通过提取影像中土壤背景、大豆植株、光照叶片等不同目标地物的反射光谱,对比分析不同观测角度下成像光谱数据反演大豆冠层叶绿素密度的效果,探讨土壤、阴影叶片及角度变化对群体叶绿素密度反演的影响。结果表明:(0°,20°,40°,60°)的天顶角组合有最高的预测模型决定系数(R2为0.834)和最小的均方根误差(RMSE为6.13);(20°,40°,60°)天顶角组合的决定系数值高于(0°,20°,40°)的组合,且在混合植被、纯植被、光照植被3类数据中有一致的趋势。40°天顶角是反演叶绿素密度的最优角度。0°方位角(太阳主平面的后向观测)是反演叶绿素密度的最优角度。天顶角变化是影响大豆冠层叶绿素密度反演的主要因素。

多角度成像解析大豆冠层的二向反射特征

植被冠层二向性反射特征是定量遥感必须关注的一个问题。论文借助自主研发的多角度成像系统,在不同观测时间对不同种植密度下的大豆冠层进行多角度成像数据采集,通过对"图谱合一"的高光谱影像中大豆植株、土壤背景和阴影叶片进行逐步分离,对比分析纯大豆植被与植被-土壤混合冠层的二向反射(Bidirectional Reflectance,BR)变化特征,研究发现:在主平面观测时,土壤光谱去除后,即纯植被冠层反射率在前向观测时,随着天顶角的减小而增大,这不同于植被和土壤同时存在时的研究结果(BR随着天顶角的增加而增大);当观测方向由主平面的前向朝后向变动时,可见光和近红外波段的纯植被冠层反射率表现为逐步增大的趋势,这和土壤光谱去除前的变化趋势也不同;在垂直主平面观测时,去除土壤背景后的纯植被冠层反射率与混合植被反射率特征有相同的趋势,但在垂直主平面方向的对称性更强。上述结果在不同密度、不同观测时间的大豆冠层BR特征有相近的趋势,这为多角度遥感的发展提供了必要的基础研究。

地面多角度农业遥感观测装置设计与试验

针对现有多角度对地观测设备存在机动性差、操作周期长、无法搭载较重仪器等问题,设计了一种面向作物信息快速获取的地面多角度农业遥感观测装置(GAMOD)及信息采集控制系统,利用该装置同步搭载高清相机和可见-近红外成像光谱仪(VNIHS)进行大田观测,耗时10 min(所需时间由观测角度决定)可快速获取太阳主平面(0°、180°)和垂直太阳主平面(90°、270°)下4个观测天顶角(0°、20°、40°、60°)的大豆植被影像数据。结果表明:该装置及控制软件运行良好,在多角度观测方式支持下,能有效捕捉到大豆植被三维立体的结构信息。