二向反射和方向半球反射光谱差异及其对小麦叶片叶绿素含量反演的影响

二向反射率因子(bidirectional reflectance factor,BRF)和方向半球反射率因子(directional-hemispherical reflectance factor,DHRF)是反射光谱的两种形式,但在生化参数监测过程中,多数研究忽略了BRF和DHRF光谱的差异及其对叶片叶绿素含量(leaf chlorophyll content,LCC)反演的影响。本研究以不同品种、密度及氮素处理的小麦田间小区试验为基础,在叶片尺度获取了BRF和DHRF光谱,并计算相应的植被指数和小波系数,建立了基于植被指数和小波系数的LCC监测模型,定量分析BRF和DHRF光谱、植被指数和小波系数的差异及其对LCC反演的影响。结果表明,1)BRF和DHRF随LCC变化趋势一致,但两种光谱存在显著差异,且BRF光谱值高于DHRF光谱值;2)在一定程度上,应用植被指数和小波系数均可消除BRF和DHRF光谱差异的影响,其中归一化红边植被指数(normalized differential red edge vegetation index,NDRE)和红边叶绿素指数(red edge chlorophyll index,C_(Ired-edge))可以消除BRF和DHRF光谱差异的影响(R^(2)=0.930),但小波系数的性能要优于植被指数(R^(2)=0.995);3)基于DHRF光谱的植被指数和小波系数对LCC的估测能力优于BRF光谱,所有植被指数中NDRE反演效果最好(DHRF:R^(2)=0.957;BRF:R^(2)=0.938;All:R^(2)=0.892),第4尺度765 nm处的小波系数WF(4,675)反演LCC的效果优于NDRE(DHRF:R^(2)=0.985;BRF:R^(2)=0.971;All:R^(2)=0.973),且WF(4,675)消除BRF和DHRF光谱差异对LCC反演的影响能力强于NDRE(WF(4,675):R^(2)=0.973;NDRE:R^(2)=0.892)。综上所述,BRF和DHRF光谱存在差异,且这种差异不能直接忽略。研究明确了BRF和DHRF光谱的差异,为构建基于BRF和DHRF光谱的统一模型及提升冠层尺度LCC精确反演提供理论基础。

近背向散射测量系统中漫反射板的特性研究

通过分析激光聚变中近背向散射光的收集方式,提出了采用漫反射板收集近背向散射光的方法。通过对漫反射板的应用场景分析,提出了需要研究的漫反射板特性,并搭建了漫反射板特性测量装置。测量并分析了漫反射板的方向半球反射比、双向反射分布函数、面均匀性、真空特性和紫外特性。分析结果表明:F4目标板具有接近于0.99的高反射率,光谱平坦性,近似余弦分布的双向反射分布函数,较高的面均匀性,以及较小的紫外真空影响。因此,F4目标板满足激光惯性约束聚变中近背向散射光的测量需求,采用漫反射板收集近背向散射光的方法可行。

渤海平整海冰多角度反射光谱特征

近些年来,遥感技术在渤海海冰的监测中发挥了举足轻重的作用。海冰的反射特征是利用光学遥感监测海冰的基础。在晴空条件下,对盛冰期渤海辽东湾东部3种典型的平整海冰的半球-方向反射率因子(hemispherical directional reflectance factor,HDRF)进行了测量,并计算了相应的各向异性因子(anisotropy factor,ANIF),结果表明,只有在太阳光入射主平面内的前向反射方向附近,半球-方向反射率因子与各向异性因子才会迅速增加,而在其他方向上两者的变化不明显。平整海冰的厚度和内部结构等因素会影响HDRF和ANIF随波长变化的特征,在350～1 350nm波段,厚度较小且表面光滑的平整海冰的HDRF值相对较小,而厚度较大的平整海冰的HDRF值相对较大。在350～950nm波段,厚度较小且表面光滑的平整海冰ANIF相对较大,而厚度较大的平整海冰的ANIF值相对较小。以上结果充分说明海冰对太阳光入射辐射的反射是冰-气界面的反射与冰体内部的散射的综合结果。

光学遥感器星上定标米散射板特性测量与分析

为了考察米散射板光学、物理性能以及空间环境适应性,对米散射板的方向半球反射比(DHR)、双向反射分布函数(BRDF)、电阻率等进行了测量和标定,并对其做了系列空间环境试验。结果表明:米散射板在350~2000 nm波段反射率大于80%,光谱反射率每100 nm差异小于0.024,表现出较好的光谱平坦性;当光源以天顶角10°~75°照明,并0°探测时,900 nm波段BRDF平均每度变化小于5.2×10^(-4),表现出很好的朗伯性;经检测电阻率≤10^(12)Ω·cm,低电阻率可大幅度降低在轨航天环境静电充放电风险;空间环境辐照试验表明,米散射板具有很好的空间环境稳定性。综上所述,米散射板能够满足静止轨道光学遥感器星上定标需要。

粗糙目标样片光谱双向反射分布函数的实验测量及其建模

实验测量了紫红色和白色涂漆板在400-780nm内的光谱双向反射分布函数（光谱BRDF），分析了光谱双向反射分布函数随波长及散射角的变化趋势与目标样片光学特性的关系。应用改进的粒子群算法，结合双向反射分布函数五参量模型，获得了测量光谱范围内各波长（间隔1nm）对应的共381组五参量值。利用五参量模型计算了目标样片的光谱双向反射分布函数及其方向半球反射率（DHR），并与实验测量数据相比较，两者吻合良好，表明目标光谱双向反射分布函数建模方法与结果的可行性和可靠性。目标样片的光谱双向反射分布函数可以用来研究目标的光谱散射特性，对目标的探测、跟踪、识别和特征提取等具有重要的应用价值。