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《哈尔滨工业大学》 2011年
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偏振高光谱成像建模与仿真

陈加伟  
【摘要】:偏振高光谱遥感在高光谱成像的基础上,引入了偏振信息。高光谱图像具有丰富的光谱和空间信息,使得其在遥感、医学等领域中得到广泛的应用;而偏振特性在低照度目标、植被覆盖等情况下都有显著的优势,所以近年来也受到广泛的重视。然而,由于现今偏振高光谱遥感尚未得到广泛应用,所以缺乏相应数据而无法进行数据的定量分析,从而制约着偏振高光谱的研究和发展。鉴于上述问题,论文从仿真的角度来分析偏振高光谱的成像模型,研究影响偏振特性的主要因素,并诠释了星载POLDER传感器的数据特点,从而为后续偏振高光谱的应用奠定了理论基础。 论文首先从典型地物的光谱特性、偏振信息的来源入手,并分析了成像模型的特点。由于地物的二向反射特性直接影响地物的光谱特征和偏振特征,是偏振高光谱仿真中的光谱反射率模型和偏振反射率模型的主要决定因素,因此对地物目标二向特性等的研究是偏振高光谱成像建模及仿真顺利实现的前提。 在此基础上,论文研究并建立了反射率模型,这是偏振高光谱成像仿真的关键。反射率模型包含传统的光谱反射率模型和偏振反射率模型。光谱反射率模型反映地物目标引起光强大小的变化,而偏振反射率模型反映地物目标引起光强分布的变化。由于光谱反射率模型的研究已取得一系列的成果,所以论文着重分析和建立偏振反射率模型。偏振反射率模型包含物理模型和半经验模型,前者针对性强,后者适用性广。鉴于模型的特点,仿真中采用植被和土壤的物理模型。同时,论文中也对半经验模型进行了深入分析和进一步拓展。 最后,基于原有的高光谱仿真模型,结合偏振反射率模型,论文实现了偏振高光谱的场景仿真。其中,地物反射天空光引起的偏振特性是研究的难点和重点,因为需要考虑不同入射方向引起的差异和入射光为偏振光时的影响。论文从理论上分析并实现了地物目标反射天空光的模型。结果表明入射天空光为瑞利散射引起的部分偏振光时,偏振反射率可能出现负值,因而解释了星载POLDER传感器实测偏振反射率存在负值的情况;且场景仿真中土壤与植被的反射率与POLDER实测数据基本一致。
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