一种定标基准场BRDF特性分析方法及系统
本发明涉及卫星遥感技术领域，尤其涉及一种定标基准场brdf特性分析方法及系统。
背景技术：
遥感数据的高精度辐射定标是其定量化应用的重要前提，其中近红外波段成像仪的辐射定标一般优先采用星上定标装置来完成。对于没有搭载星上绝对辐射定标装置的卫星遥感器，需要采用替代定标方法来完成工作周期内的辐射定标工作。
目前，国际上较为通行的是基于卫星遥感器的在轨辐射定标方法，该方法在预先选取的稳定的地面目标区域，通过不同卫星的对地观测影像及地面试验数据间的相互比对，评估卫星遥感器间的辐射响应差异，从而实现卫星遥感器的绝对辐射定标。其中，实现场地辐射定标的关键之一是需要确定所选稳定目标场地的地表二向性反射(brdf)特性，一般作为卫星场地定标的区域，其大气条件通常都较为稳定，卫星观测信号以来自地表的信息为主。不同卫星由于过境时间，观测姿态等条件的不同，观测数据会由于地表brdf的影响，无法直接进行相互验证与定标。所以需要对卫星定标场地的方向性反射特性进行测量，建立地表brdf模型，从而满足多卫星、多参数定标的客观需求。
目前，brdf模型建立和验证的主要步骤为：预先选取稳定的地面目标作为卫星在轨定标场地；根据大气条件、卫星遥感器观测尺度及是否进行星地同步观测等要求，对目标区域进行多角度反射率观测；选取合适的brdf模型，利用观测数据拟合模型参数；根据模拟的结果，验证卫星遥感目标的brdf产品。
由于上述测量方式主要是依靠多角度测量架来实现对地表的多角度观测，一方面，这一多角度测量系统组件较多，进行运输和现场组装的难度较大；另一方面，使用外部电机驱动轨道和观测车的位置以改变观测角度，电机振动和轨道安装的误差会影响角度定位的准确性；再者，由于观测设备直接坐落于地表，在一定程度上会破坏地表的光谱特性。
因此，亟需提供一种能够在满足基本技术要求的前提下，尽量减少观测设备对地表光学特性破坏，同时能减轻试验现场工作量的多角度测量技术及相应的数据处理方法。
技术实现要素：
针对传统测量方法中存在的诸多缺陷，本发明实施例提供一种定标基准场brdf特性分析方法及系统，通过利用无人飞行器，配以相应的观测方案及数据处理方法，实现对室外场地brdf特性的非接触式测量，减少仪器设备自身对地表光谱特性测量的影响，以提高观测精度。
第一方面，本发明实施例提供一种定标基准场brdf特性分析方法，包括：
利用无人飞行器获取目标区域的多角度观测几何数据和对应的光谱数据；在观测的参考板辐亮度间进行差值，补充飞行期间的参考板辐亮度数据；根据多角度观测几何数据和对应的光谱数据，并结合各观测角度的太阳角度，获取多角度反射率；根据目标区域的地表类型，选择brdf模型；基于brdf模型对所述多角度反射率进行分析，获取目标区域的二向反射率特性；将二向反射率特性与卫星遥感器所获取的遥感数据进行比较，获取卫星遥感器的遥感产品精度验证。
进一步地，上述利用无人飞行器获取目标区域的多角度观测几何数据和对应的光谱数据，包括：
利用无人飞行器上搭载的云台和导航设备，获取多角度观测几何数据，多角度观测几何数据包括多角度的观测高度角和观测方位角；利用无人飞行器上搭载的光谱仪，获取多角度下目标区域的光谱测量数据以及参考白板的光谱标准数据。
进一步地，在获取多角度反射率之前，还包括：
根据标准角度定义对所述多角度观测几何数据以及所述太阳角度进行整理；利用已有观测数据补充飞行期间缺失的参考板辐亮度数据。
进一步地，上述根据目标区域的地表类型，选择brdf模型，包括：根据目标区域的地表类型的不同，选择ross-likernelmodel模型或rahman-pinty-verstraete模型中的一种。
进一步地，上述ross-likernelmodel模型的计算公式为：
其中，r为ross-likernelmodel模型函数，kiso为各向同性核函数，kgeo为几何光学核函数，kvol为体散射和函数，fiso为各向同性核函数系数，fgeo为几何光学核函数系数，fvol为体散射和函数系数，λ为入射光波长，θi为太阳高度角，θr为观测高度角，
进一步地，上述rahman-pinty-verstraete模型的计算公式为：
其中，r为rahman-pinty-verstraete模型函数，ρ0表示整体反射率观测值，m为minnaert漫反射模型，k表示球面各向异性，f为henyeygreenstein相位函数，ξ为入射光线和出射光线向量间的散射角，g为描述散射相函数的经验参数，g>0表示前向散射占优，g<0表示后向散射占优；h用于热点效应表示，δ为模型修正量，ρc用于热点的宽度表示，d为入射和出射光线向量间的距离。
进一步地，在基于brdf模型对多角度反射率进行分析之后，还包括：
利用最小二乘法，反演出brdf模型的拟合观测参数最优的系数组合；根据系数组合，获取任意太阳入射角和观测角条件下目标区域的二向反射率特性；其中，所述最小二乘法的最小化误差函数为：
其中，d为观测样本数减去模型系数后的个数；ω表示观测值的权重因子，n表示对应的第n个观测；e2即为误差函数的解，e2越小，说明拟合效果越准确。
第二方面，本发明实施例提供一种定标基准场brdf特性分析系统，包括：数据获取模块、反射率运算模块、模型选择模块以及brdf特性运算模块，其中：
数据获取模块，用于通过无人飞行器获取目标区域的多角度观测几何数据和对应的光谱数据；反射率运算模块，用于根据多角度观测几何数据和对应的光谱数据，并结合各观测角度的太阳角度，获取多角度反射率；模型选择模块，用于根据目标区域的地表类型，选择brdf模型；brdf特性运算模块，用于基于brdf模型对所述多角度反射率进行分析，获取目标区域的二向反射率特性。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面任一项所述的定标基准场brdf特性分析方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面任一项所述的定标基准场brdf特性分析方法的步骤。
本发明实施例提供的定标基准场brdf特性分析方法及系统，利用无人飞行器携带光谱仪，进行多角度观测数据，减少太阳位置变化对测量的影响的同时实现对室外场地brdf特性的非接触式测量，减少了仪器设备自身对地表光谱特性测量的影响，提高了观测精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种定标基准场brdf特性分析方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的基于一种定标基准场brdf特性分析方法中各角度的示意图；
图3为发明实施例提供的一种定标基准场brdf特性分析系统的结构示意图；
图4为本发明一实施例所描述的电子设备结构示意图；
图5为本发明实施例提供的试验场地法线方向上的反射率仿真示意图；
图6为本发明实施例提供的在555nm波段，反射率模拟结果与遥感器的实际观测值的比对示意图；
图7为本发明实施例提供的在645nm波段，反射率模拟结果与遥感器的实际观测值的比对示意图；
图8为对整个400-2400nm观测波长范围上的brdf模型模拟结果的列表示意图；
图9为对整个400-2400nm观测波长范围上的brdf模型模拟结果的相对偏差列表示意图。
图10为由于地物形状的原因对观测几何进行修正的参数的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
遥感数字图像是以数字形式记录的二维遥感信息，即其内容是通过遥感手段获得的，通常是地物不同波段的电磁波谱信息。其中的像素值称为亮度值(或称为灰度值、dn值)。dn值(digitalnumber)是遥感影像像元亮度值，记录的地物的灰度值，其值大小与传感器的辐射分辨率、地物发射率、大气透过率和散射率等有关。
反射不仅具有方向性，而且这种方向还依赖于入射的方向，即随着太阳入射角及观测角度的变化，物体表面的反射有明显的差异，这就是二向性反射(brdf)。brdf是用来表达物体表面对外来辐射的反射规律的。brdf分布函数其定义是:来自入射方向的地表辐照度的微增量与其所引起的反射方向的反射辐射亮度增量之间的比值。由于brdf采用了二向性定义，并用入射辐射的辐照度统一标定了外来辐射对反射辐射亮度的贡献，所以，从本质上讲brdf与入射辐射的空间分布特性无关，是一个纯粹描述物体反射特性的物理量。
在遥感领域，定标一般分为几何定标和辐射定标两种。几何定标即指对遥感图像几何特性进行校正，以还原为真实情况。辐射定标指对遥感图像的辐射度进行校准，以实现定量遥感。辐射定标一般也可称为校准，其主要目的是保证传感器获取遥感数据的准确性。通常，采用系统自身内部监视环路和外部标准目标方法对系统链路中的各个环节进行误差修正，来实现辐射定标过程。
辐射定标是用户需要计算地物的光谱反射率或光谱辐射亮度时，或者需要对不同时间、不同传感器获取的图像进行比较时，都必须将图像的亮度灰度值转换为绝对的辐射亮度。辐射定标按照位置的不同有几种定标方式：实验室定标、光谱定标、星上定标和场地定标。场地定标指的是卫星遥感器处于正常运行条件下，选择辐射定标场地，通过地面同步测量对卫星遥感器的定标，场地定标可以实现全孔径、全视场、全动态范围的定标，并考虑到了大气传输和环境的影响。该定标方法可以实现对卫星遥感器运行状态下与获取地面图像完全相同条件的绝对校正，可以提供卫星遥感器整个寿命期间的定标，对卫星遥感器进行真实性检验和对一些模型进行正确性检验。但是地面目标应是典型的均匀稳定目标，地面定标还必须同时测量和计算卫星遥感器过顶时的大气环境参量和地物反射率。
地表brdf特性测量与建模的关键是进行准确的多角度反射测量。机上定标用来经常性的检查飞行中的卫星遥感器定标情况，一般采用内定标的方法，即辐射定标源、定标光学系统都在飞行器(uav)上，在大气层外，太阳的辐照度可以认为是一个常数，因此也可以选择太阳作为基准光源，通过太阳定标系统对星载成像光谱仪器进行绝对定标。相对于传统的测量方法，利用无人飞行器平台搭载轻型光学传感器可以更为便捷地执行多角度反射测量。一方面可根据具体的需求灵活配置观测角度和像元尺度，另一方面也可以最大限度地减少设备对地表光照条件和光谱特性的影响。
综上所述，为克服现有技术中对于定标基准场brdf特性分析(即定标)时，需依靠多角度测量架来实现对地表的多角度观测所带来的诸多缺陷，本发明实施例提供一种定标基准场brdf特性分析方法，如图1所示，包括但不限于以下步骤：
步骤s1：利用无人飞行器获取目标区域的多角度观测几何数据和对应的光谱数据；
步骤s2：根据多角度观测几何数据和对应的光谱数据，并结合各观测角度的太阳角度，获取多角度反射率；
步骤s3：根据目标区域的地表类型，选择brdf模型；
步骤s4：基于brdf模型对所述多角度反射率进行分析，获取目标区域的二向反射率特性；
步骤s5：将二向反射率特性与卫星遥感器所获取的遥感数据进行比较，获实现卫星遥感器的brdf遥感产品验证。
其中，无人飞行器的飞行高度最好为大气平流层，能最大限度的减小大气气流、气溶胶等外界干扰对最终结果造成的误差。
其中，在实际观测实验中，在目标区域内，需要获取的数据包括多角度观测的几何数据和光谱数据两种。其中，观测几何数据主要包括观测高度角(observedzenithangle，简称θr)，观测方位角(observedazimuthangle，简称
其中，光谱数据(又称光谱库)，可以是通过高光谱成像光谱仪在一定条件下测得的各类地物反射光谱数据的集合，通过对光谱数据的分析能够准确地解译遥感图像信息、快速地实现未知地物的匹配以及提高遥感分类识别水平。
其中反射率是指地物表面反射能量与到达地物表面的入射能量的比值，反射率是光学遥感的核心。二向反射率分布函数由于描述了地物反射率的光谱和方向特性，因此，被广泛应用于陆面生物物理参数估算研究。
在本发明实施例中，利用无人飞行器，确定观测方位角后，通过获取到各个观测方位角度的观测高度角、太阳高度角以及太阳方位角，其中可以将每个观测方位角度所获取的相关数据视为一组；并进一步地，结合每个观测方位角度所获取的相关数据组，结合采集的该角度对该目标区域内的光谱数据，计算该角度的反射率。因此，通过多角度的观测则可以获取到多角度的反射率。
由于不同区域的底面的反射特性是不同的，例如沙漠地区、冰川地区、森林地区的反射特性具有很大的区别，不同的brdf模型对于具有不同反射区域内所获取的反射率进行分析的效果也是存在区别的，在本发明实施例中，根据目标区域的整体反射特性，进行适合的brdf模型的选取，以对步骤s2中所获取到的多角度反射率进行综合分析，获取到目标区域的二向反射率特性。
本发明实施例提供的定标基准场brdf特性分析方法及系统，利用无人飞行器携带光谱仪，进行多角度观测数据，减少太阳位置变化对测量的影响的同时实现对室外场地brdf特性的非接触式测量，减少了仪器设备自身对地表光谱特性的影响，提高了观测精度。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，步骤s1中所述的利用无人飞行器获取目标区域的多角度观测几何数据和对应的光谱数据，包括但不限于以下方式：
利用无人飞行器上搭载的云台和导航设备，获取多角度观测几何数据，多角度观测几何数据包括多角度的观测高度角和观测方位角；同时，利用无人飞行器上搭载的光谱仪，获取多角度下目标区域的光谱测量数据以及参考白板的光谱标准数据。
具体地，在本发明实施例中，首先在无人飞行器上安装固定智能云台系统(包括云台上的摄像机)和多功能光谱仪，同时每个无人飞行器上设置有导航设备。云台上固定的摄像机可以进行水平以及俯仰角度的调整，并具有到达预定工作姿态后的锁定调整机构。该云台可以与地面进行通信，以根据地面的操控信号进行不同拍摄角度的调整。
其中，无人飞行器导航设备，其定位工作主要由组合定位定向导航系统完成，组合导航设备可以实时闭环输出位置和姿态信息，为无人飞行器提供精确的方向基准和位置坐标，同时实时根据姿态信息对无人机的飞行状态进行预测。组合导航设备可以是由激光陀螺捷联惯性导航、卫星定位系统接收机、组合导航计算机、里程计、高度表和基站雷达系统等组成。同时可以结合sar图像导航的定位精度、自主性和星敏感器的星光导航系统的姿态测定精度，从而保证了无人飞机的自主飞行。
进一步地，观测角度主要包括观测高度角和观测方位角，可由无人机搭载的云台和导航设备来获取；太阳角度主要包括太阳高度角和太阳方位角，可根据观测地区的经纬度和相应的观测时间通过计算获取。
进一步地，光谱数据主要包括搭载在无人机上的光谱仪对目标区域地表的观测数据以及对参考白板的观测数据。
其中，获取参考白板的观测数据的目的是对后期的数据处理提供校正的标准，具体地，可以预先在目标区域内设置参考白板，在进行各角度光谱数据的同时，获取该角度的参考白板光谱数据。
本发明实施例提供的定标基准场brdf特性分析方法，利用设置在无人飞行器上的测量仪器，获取多角度观测几何数据和每个角度的光谱数据，克服了传统多角度数据测量时在地面设置多角度观测仪所产生的弊端，减少了仪器设备自身对地表光谱特性的影响，提高了观测精度。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，在上述获取多角度反射率之前，还可以包括：根据标准角度定义对多角度观测几何数据以及太阳角度进行整理；利用已有观测数据补充飞行期间缺失的参考板辐亮度数据。
具体地，在本发明实施例中主要是利用无人飞行器观测地表数据，获取目标区域的二向反射率特性；通过将分析获取的二向反射率特性与卫星遥感器的观测数据作比对，以获取该卫星遥感器的衰变分析结果。如图2所示，通过将无人飞行器的位置设置在微信遥感器获取观测数据的入射光线的光路上，并根据标准角度定义对所述多角度观测几何数据以及所述太阳角度进行整理。其中，实线表示太阳天顶角θ0和卫星天顶角θs(从天顶z测量)，虚线表示相对方位角
本发明实施例提供的定标基准场brdf特性分析方法，通过将无人飞行器与卫星遥感器在同一观测角度获取的多角度观测值进行分析比较，获取目标区域在该角度的二向反射率特性，有效的简化了遥感器衰变的定量分析的模型，提高了检测的精度。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，上述根据目标区域的地表类型，选择brdf模型，包括：根据目标区域的地表类型的不同，选择ross-likernelmodel模型或rahman-pinty-verstraete模型中的一种。
一般来说，裸土的反射率最高、森林或灌木丛中次之，城市地区的地表反射率整体偏低；而且由于各区域内，比如裸土的含水量的不同，反射率也会有波动的。
目前，常用的brdf模型包括modisbrdf/albedo产品中使用ross-likernelmodel(简称：ambrals)和rahman-pinty-verstraete(简称：rpv)模型，也可以根据目标区域的地表类型，利用ross-roujean模型对多角度反射率进行分析。
其中，ambrals模型、rpv模型以及ross-roujean模型都可以较好的模拟各种地标类型的光谱数据，但是没有任何一种模型可以在所有的地表类型拟合中均保持误差最小。
其中，ross-likernelmodel是一个线性模型，通过使用不同的核组合模拟二向反射的分布形状。例如，在对于森林类型的拟合上，rossthick-lisparser模型的数据拟合能力比较强,反演结果更接近真实值，且稳定性高。而rpv模型则是一个非线性brdf模型，其对城市和灌木类型的拟合误差最小。而rpv模型则对于城市和灌木类型的反射率进行参数参反演的过程更加的简单、稳定。
本发明实施例提供的定标基准场brdf特性分析方法，根据目标区域的地表类型的差别，选择不同的brdf模型，以通过对获取的多角度反射率进行反演，获取目标区域的二向反射率特性，有效的提高了结果的准确性。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，上述ross-likernelmodel模型的计算公式为：
其中，r为ross-likernelmodel模型函数，kiso为各向同性核函数，kgeo为几何光学核函数，kvol为体散射和函数，上述kiso、kgeo以及kvol为入射和反射角的核函数，fiso为各向同性核函数系数，fgeo为几何光学核函数系数，fvol为体散射和函数系数，λ为入射光波长，θi为太阳高度角，θr为观测高度角，
各参数具体的计算公式如下：
kiso＝1；
o为入射和出射阴影之间的重叠部分，除了入射与出射角度外，还与b/r(b/r＝1)，h/b(h/b＝2)两个变量有关，表示地物的形状，h为体散射中冠层与地表见得距离，r为冠层半径，b为冠层高度。计算公式如下，其中d表示入射和出射光线向量间的距离：
其中，θ`r为对θr进行修正后的角度，θ`i为对θi进行修正后的角度。图10为由于地物形状的原因对观测几何进行修正的参数的结构示意图，其中，本发明实施例中的冠层高度参数b、体散射中冠层与地表见得距离参数h以及冠层半径参数r之间的相互关系如图10所示。
其中，rahman-pinty-verstraete模型的计算公式为：
其中，r为rahman-pinty-verstraete模型函数，ρ0表示整体反射率观测值，m为minnaert漫反射模型，k表示球面各向异性，f为henyeygreenstein相位函数，负责解释散射特性，ξ为入射光线和出射光线向量间的散射角，g为描述散射相函数的经验参数，g>0表示前向散射占优，g<0表示后向散射占优；h用于热点效应表示，δ为模型修正量，ρc用于热点的宽度表示，一般情况下可以认为ρc与ρ0相等，d为入射和出射光线向量间的距离。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，在上述基于brdf模型对多角度反射率进行分析之后，还可以包括以下步骤：
利用最小二乘法，反演出brdf模型的拟合观测参数最优的系数组合；根据系数组合，获取任意太阳入射角和观测角条件下目标区域的二向反射率特性；其中，最小二乘法的最小化误差函数为：
其中，d为观测样本数减去模型系数后的个数；ω表示观测值的权重因子，n表示对应的第n个观测；e2即为误差函数的解，e2越小，说明拟合效果越准确。
具体地，在本发明实施例中，利用最小二乘法，反演出拟合观测参数最优的系数组合，即已知θi，θr和
最后，可以将定标场地的二向反射率特性与卫星遥感器所获取的该场地的遥感数据进行比较，获取卫星遥感器的衰变分析结果，完成对不同卫星间的定标和验证。
本发明实施例提供的定标基准场brdf特性分析方法，利用无人飞行器获取目标区域的多角度观测数据，在对目标区域的选择上，克服了现有技术中对于定标场地选择上的诸多限制，有效的提高了本方法的适用性和灵活性，也进一步提高了检测的精度。
本发明实施例提供一种定标基准场brdf特性分析系统，如图3所示，包括但不限于以下结构：数据获取模块1、反射率运算模块2、模型选择模块3、brdf特性运算模块4以及衰变分析模块5，其中：
数据获取模块1用于通过无人飞行器获取目标区域的多角度观测几何数据和对应的光谱数据；
反射率运算模块2用于根据多角度观测几何数据和对应的光谱数据，并结合各观测角度的太阳角度，获取多角度反射率；
模型选择模块3用于根据目标区域的地表类型，选择brdf模型；
brdf特性运算模块4用于基于brdf模型对所述多角度反射率进行分析，获取目标区域的二向反射率特性；
衰变分析模块5用于将二向反射率特性与卫星遥感器所获取的遥感数据进行比较，获取卫星遥感器的衰变分析结果。
本发明实施例提供的定标基准场brdf特性分析系统在具体运行的过程中，执行上述实施例中任一所述的定标基准场brdf特性分析方法，在此不再赘述。
本发明实施例提供的定标基准场brdf特性分析系统，利用无人飞行器携带光谱仪，进行多角度观测数据，减少太阳位置变化对测量的影响的同时实现对室外场地brdf特性的非接触式测量，减少了仪器设备自身对地表光谱特性的影响，提高了观测精度。
图4为本发明实施例所描述的电子设备结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)410、通信接口(communicationsinterface)420、存储器(memory)430和通信总线440，其中，处理器410，通信接口420，存储器430通过通信总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令，以执行如下方法：利用无人飞行器获取目标区域的多角度观测几何数据和对应的光谱数据；根据多角度观测几何数据和对应的光谱数据，并结合各观测角度的太阳角度，获取多角度反射率；根据目标区域的地表类型，选择brdf模型；基于brdf模型对多角度反射率进行分析，获取目标区域的二向反射率特性；将二向反射率特性与卫星遥感器所获取的遥感数据进行比较，获取卫星遥感器的衰变分析结果。
此外，上述的存储器430中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：利用无人飞行器获取目标区域的多角度观测几何数据和对应的光谱数据；根据多角度观测几何数据和对应的光谱数据，并结合各观测角度的太阳角度，获取多角度反射率；根据目标区域的地表类型，选择brdf模型；基于brdf模型对多角度反射率进行分析，获取目标区域的二向反射率特性；将二向反射率特性与卫星遥感器所获取的遥感数据进行比较，获取卫星遥感器的衰变分析结果。
本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储服务器指令，该计算机指令使计算机执行上述各实施例提供的方法，例如包括：利用无人飞行器获取目标区域的多角度观测几何数据和对应的光谱数据；根据多角度观测几何数据和对应的光谱数据，并结合各观测角度的太阳角度，获取多角度反射率；根据目标区域的地表类型，选择brdf模型；基于brdf模型对多角度反射率进行分析，获取目标区域的二向反射率特性；将二向反射率特性与卫星遥感器所获取的遥感数据进行比较，获取卫星遥感器的衰变分析结果。
结合上述实施例的内容，本发明实施例利用无人飞行器携带psr光谱仪进行外场实地实验，其中，观测波长范围为400-2400nm。具体地，观测角度配置为：观测天顶角：0-36°，按6°进行间隔测量；观测方位角：0-360°，按30°间隔进行测量，为获取更确切的实验数据，在本实施例中针对均匀的场地目标进行数个架次的多角度观测实验。
1)对于各角度以及相应的反射率数据的处理：
将获取的角度和观测数据按照角度的分布，在平面内投影处理，以检测观测数据的准确性。
图5为本发明实施例提供的试验场地法线方向上的反射率仿真图，其中，横坐标为光谱波段的波长，纵坐标为反射率，图中的实线为无人飞行器的观测值。如图5所示，反映了观测的场地反射率，通过与以往实验中的数据的对比，说明了观测设备的可靠。
2)选择合适的brdf模型进行参数反演：
具体地，从试验场地地表类型和模型计算量等方面考虑，采用modisbrdf/albedo产品中的ambrals算法，具体使用rossthick-lisparser核组合模式。
3)关于模拟结果及其验证：
在本发明实施例中，反演获取的brdf模型系数与观测的波段有关，部分波段的模拟结果如图6和图7所示，其中，图6是在555nm波段反射率模拟结果与遥感器的实际观测值的比对图，图7是在645nm波段反射率模拟结果与遥感器的实际观测值的比对图；其中横轴为遥感器的观测值，纵轴为模拟值，虚线为1:1线。
由图6和图7可知：决定系数r2和均方根误差rmse都证明了模拟结果与观测值间的拟合的准确性，说明了模型的可靠。
图8为对整个400-2400nm观测波长范围上的brdf模型模拟结果的列表示意图，此时太阳天顶角为40.5°，太阳方位角为163°，横坐标为入射光的波长，纵坐标为反射率，图中的虚线部分为遥感器的实际观测值，虚线部分为模拟值；图9为对整个400-2400nm观测波长范围上的brdf模型模拟结果的相对偏差列表示意图，其中纵坐标为偏差度(百分比)；如图8所示，可以获知：除部分吸收波段外，利用brdf模型获取的模拟结果与遥感器的观测值几乎重合，证明上述实施例中所分析的在垂直方向(法线方向)进行多角度反射率的拟合效果是最好的，均方根误差rmse＝0.0041，说明模拟结果与观测值之间的误差很小，模型对数据有较好的拟合效果。如图9所示，可以获取到单一波段的拟合相对误差，并可以获知模型的整体相对偏差基本上都在1％以内，充分证明了本发明实施例提供的定标基准场brdf特性分析方法结果的准确性。
通过本发明实施例提供的定标基准场brdf特性分析方法，完全证实了：利用无人飞行器携带光谱仪，进行多角度观测数据，能够很大程度的减少太阳位置变化对测量的影响，同时由于实现了对室外场地brdf特性的非接触式测量，减少了仪器设备自身对地表光谱特性的影响，提高了观测精度。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！