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林区米级空间分辨率机载高光谱影像BRDF校正研究

批准号:
42101403
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
荚文
学科分类:
遥感科学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
荚文

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
米级空间分辨率机载高光谱影像,既可提供刻画森林冠层结构的空间信息又具备反映其生理状况的窄波段光谱,在大面积森林资源监测和参数提取中具有重大潜力。但受到太阳-观测几何、地形起伏以及空间尺度的影响,林区米级空间分辨率机载影像会呈现出更为复杂的二向反射分布(BRDF)效应,限制了其大范围的应用。本项目拟结合精细分类数据、LiDAR提取的冠层结构以及冠层光照条件信息,改进适用于米级空间分辨率像元冠层或亚冠层观测尺度的Ross-Li散射核函数。再结合DEM信息发展起伏地形林区机载高光谱影像核驱动BRDF校正方法,分析不同空间分辨率的DEM、DSM对影像BRDF校正结果的影响。最后,拟分别以云南太阳河国家公园和河北塞罕坝林场为试验区开展方法研究,并结合地面调查和无人机多角度观测冠层光谱数据对模型结果进行验证。本研究可以促进大区域森林机载高光谱数据的遥感应用,为我国森林高质量的发展提供科学支撑。
英文摘要
Airborne hyperspectral images with meter-scale spatial resolution can provide the capability to describe the canopy structure and monitor the physiological conditions through some narrow bands spectrum, which has great potential for forest resources surveying over large area. However, the airborne hyperspectral images with meter-scale spatial resolution contain more complex bidirectional reflectance distribution function (BRDF) effect due to the strong influence of viewing-illumination geometry, rugged terrain and fine spatial scale, which clearly limits its large scale use. With the information of fine classification data, LiDAR-derived canopy complexity and incoming irradiance of a canopy, this project intends to improve the Ross-Li kernel function for the canopy or sub-canopy scale within the meter-scale spatial resolution pixel. With the combination of improved Ross-Li kernels and DEM data, a new kernel driven BRDF correction method for airborne hyperspectral images with meter-scale spatial resolution in rugged terrain over forest region will be developed. The sensitivity of BRDF correction to the DEM and DSM spatial scale will be performed. We plan to take the Taiyanghe National Forest Park in Yunnan Province and Saihanba forest farm in Hebei Province as intensive study area to develop algorithms, respectively. These developed BRDF methods will be applied for the airborne images of study area. Then the BRDF corrected results will be compared with the spectral data from ground survey and UAV-based multi-angle hyperspectral sensor. This study can promote the remote sensing application of airborne hyperspectral images over large areas, and provide the scientific support for the high quality development of forestry in China.
米级空间分辨率机载高光谱影像,因其可提供高空间和高光谱信息,在大面积森林资源监测和参数提取中具有重大潜力。但受到太阳-观测几何、地形起伏以及空间尺度的影响,林区米级空间分辨率机载影像会呈现出更为复杂的二向反射分布(BRDF)效应,限制了其大范围的应用。.按照既定研究计划,本项目圆满地完成预期目标,系统构建了适用于起伏地形林区的米级机载高光谱BRDF校正全链条解决方案,实现了从理论建模、实验验证到行业应用的技术跨越。主要创新成果如下:.(1)机理模型方法:改进了更适用于起伏地形林区米级机载高光谱影像的BRDF模型建模方法,通过结合复杂地形条件信息以及采用散射核函数库和植被形态结构参数库优选组合的方式刻画高空间分辨率影像像元更为精细观测场景中不同结构森林的反射率BRDF特征,克服了原有粗分辨率光学影像BRDF模型不够精细准确的缺点,改进的模型相交传统RTLSR模型建模精度整体提升明显(ΔR2超0.5)。.(2)模型应用试验:成功地将本项目改进的BRDF模型应用于内蒙古根河,河北塞罕坝机械林场,辽宁大孤家林场,黑龙江孟家岗林场,云南普洱林区等多个具有代表性的林场的多航带多角度机载高光谱影像辐射一致性校正,总面积超2000km2。.(3)林业应用分析:本项目在黑龙江孟家岗林场和河北塞罕坝机械林场,定量分析了BRDF校正对林区机载影像树种分类的影响,研究表明训练样本的代表性对树种分类总体精度的影响相较于BRDF校正更为显著;当训练样本具有足够代表性时,BRDF校正对树种分类总体精度提高有限,不超过2.9%;针对BRDF现象严重的相邻航带重叠区,BRDF校正对树种分类精度提升较大,可达11.5%。.项目发表包括1区Top期刊文章7篇,其中第一资助3篇(ISPRS J PHOTOGRAMM,Journal of Forestry Research,遥感学报);第二资助3篇(IEEE-JSTARS,遥感学报,RS);第三资助1篇(IEEE-TGRS)。申请BRDF建模相关技术发明专利1项。项目提升了多航带机载高光谱拼接影像的可用性,为其进一步大范围林业遥感应用奠定基础,为我国森林高质量的发展提供科学支撑。
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