基于綜合吸收能力的植被指數(shù)計算方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及基于綜合吸收能力的植被指數(shù)計算方法，屬于遙感數(shù)據(jù)處理領域。
【背景技術】
[0002] 當前利用遙感數(shù)據(jù)計算植被指數(shù)的方法主要有比值植被指數(shù)法，歸一化植被指數(shù) 法，垂直植被指數(shù)法，差值環(huán)境植被指數(shù)法等。算法的核心都是基于植被在近紅外、紅波段 范圍的反射率進行組合運算。但是，植被反射光譜特征是由葉片的葉肉細胞，葉綠素，葉黃 素、葉紅素、水分和其他生物化學成分等共同決定的，并在從綠色波段到近紅外波段整個范 圍內(nèi)都有體現(xiàn)，而當前植被指數(shù)算法僅僅依靠近紅外、紅色波段范圍內(nèi)的部分反射特征計 算指數(shù)，造成其反映的植被狀態(tài)的準確度與可靠性欠佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供基于綜合吸收能力的植被指數(shù)計算方法，主要解決現(xiàn)有植 被指數(shù)算法僅僅依靠近紅外、紅色波段范圍內(nèi)的部分反射特征計算指數(shù)，造成其反映的植 被狀態(tài)的準確度與可靠性欠佳的問題。
[0004] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：
[0005] 基于綜合吸收能力的植被指數(shù)計算方法，該方法綜合考慮了植被在觀測狀態(tài)下的 光譜綜合吸收能力，即植被在綠色波段到近紅外整個波段范圍的吸收反射特征，其基本思 想是基于遙感數(shù)據(jù)，先用普適的方法計算出每個像元在綠色波段到近紅外波段范圍內(nèi)的反 射率，得到反射率曲線，然后利用綠色中心波長、紅色一近紅外波長范圍內(nèi)的第一個拐點， 這兩處的反射率值坐標連線，以及這兩點間的反射率曲線，構建一個植被吸收特征多邊形， 通過計算這個曲邊多邊形面積與樣本多邊形的面積比值來反映植被狀態(tài)，樣本多邊形可以 是實地儀器測量，也可以是根據(jù)經(jīng)驗從遙感影像中選取計算得出。
[0006] 主要是通過以下步驟實現(xiàn)：
[0007] 基于綜合吸收能力的植被指數(shù)計算方法，主要是通過以下步驟實現(xiàn)：
[0008] S1、對遙感影像進行大氣校正，將遙感影像的像元亮度值轉(zhuǎn)換為地表反射率或地 表輻射亮度，定標到表觀反射率，得到每個像元的光譜曲線；
[0009] S2、在光譜曲線上將綠色中心波長、紅色至近紅外波段范圍內(nèi)的第一個拐點兩處 的反射率值坐標連線，同這兩處范圍內(nèi)的反射率曲線，構建一個植被吸收特征曲邊多邊 形；
[0010] S3、計算曲邊多邊形面積；
[0011] S4、計算步驟S3中曲邊多邊形面積與樣本多邊形面積比，得出植被指數(shù)，用面積 比之來反映植被狀態(tài)。
[0012] 由于在高光譜圖像中綠色波段到拐點處包含了很多波段，連續(xù)密集排列，所述步 驟S3中，曲邊多邊形面積的計算方法為：將兩處劃分為多個波段，求取多個波段的梯形面 積，然后對梯形面積求和。
[0013] 具體地，所述曲邊多邊形面積的具體計算公式為：
[0014] S31、求綠色中心波長反射率值處與最低反射率值處連線的直線方程：
[0016] S32、求曲邊多邊形面積
[0018] 其中，ik，k = 1，2, 3···，η，η彡m，為遙感影像各波長，i。為綠色波段中心波長，i n 為拐點處波長，Rk，k = 1，2, 3···，n，η < m，為各波段反射率，R。為綠色波段中心反射率，R n 為拐點處反射率，α %為反射率。
[0019] 進一步地，所述步驟S4中，樣本多邊形面積通過實地儀器測量或者從遙感影像中 選取計算得出。
[0020] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0021] (1)本發(fā)明利用了植被的近紅外波強反射特征的同時，又兼顧到了綠色波段在鑒 別植被中的貢獻，這與常見光譜指數(shù)有根本區(qū)別。
[0022] (2)本發(fā)明綜合考慮了植物在可見光、近紅外范圍的吸收能力，并通過累計面積模 型將光能損失量與吸收能力建立聯(lián)系，原理上是科學的，目前還沒有這類面向高光譜遙感 數(shù)據(jù)的植被指數(shù)方法。
[0023] (3)本發(fā)明考慮到了時空差別帶來的數(shù)據(jù)影響，將樣本點設置為實地測量或者人 工交互選取，方法更具有普適意義與推廣價值。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明-光譜曲線-曲邊多邊形選取圖。
[0025] 圖2為本發(fā)明-光譜曲線-曲邊多邊形面積計算圖。
[0026] 圖3為本發(fā)明與現(xiàn)有兩種主流方法的識別對比結果圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面結合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，本發(fā)明的實施方式包括但不限于 下列實施例。
[0028] 實施例
[0029] 基于綜合吸收能力的植被指數(shù)計算方法，主要是通過以下步驟實現(xiàn)：
[0030] S1、對遙感影像進行大氣校正，將遙感影像的像元亮度值轉(zhuǎn)換為地表反射率或地 表輻射亮度，定標到表觀反射率，得到每個像元的光譜曲線；
[0031] S2、在光譜曲線上將綠色中心波長反射率值Α、紅色至近紅外波段范圍內(nèi)的第一個 拐點反射率值C坐標連線，同這兩處范圍內(nèi)的反射率曲線，構建一個植被吸收特征曲邊多 邊形，如圖1所示；
[0032] S3、計算曲邊多邊形面積；
[0033] S4、計算步驟S3中曲邊多邊形面積與樣本多邊形面積比，得出植被指數(shù)，用面積 比之來反映植被狀態(tài)。
[0034] 由于在高光譜圖像中綠色波段到拐點處包含了很多波段，連續(xù)密集排列，曲邊多 邊形面積的計算方法為：將兩處劃分為多個波段，求取多個波段的梯形面積，然后對梯形面 積求和，如圖2所示。
[0035] 具體地，曲邊多邊形面積的具體計算公式為：
[0036] S31、求AB的直線方程，B為最低反射率值處；
[0038] S32、求曲邊多邊形面積；
[0040] 其中，ik，k = 1，2, 3···，n，n彡m為遙感影像各波長，i。為綠色波段中心波長，i "為 拐點處波長，Rk，k = 1，2, 3···，η，η彡m為各波段反射率，R。為綠色波段中心反射率，R "為 拐點處反射率。
[0041] 植被指數(shù)計算公式為：
其中，Ssaniple為樣本多邊形面積。在本實施 例中，樣本多邊形面積通過實地儀器測量得出。
[0042] 通過實驗可得出：通過本發(fā)明方法植被指數(shù)層次豐富、與真實分布一致（如圖3中 a);而通過NDVI植被指數(shù)，層次較少，與真實分布有偏差（如圖3中b);通過比值植被指數(shù) 層次差，與真實分布相差較大（如圖3中c)。
[0043] 按照上述實施例，便可很好地實現(xiàn)本發(fā)明。值得說明的是，基于上述結構設計的前 提下，為解決同樣的技術問題，即使在本發(fā)明上做出的一些無實質(zhì)性的改動或潤色，所采用 的技術方案的實質(zhì)仍然與本發(fā)明一樣，故其也應當在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權項】
1. 基于綜合吸收能力的植被指數(shù)計算方法，其特征在于，主要是通過以下步驟實現(xiàn)： 51、 對遙感影像進行大氣校正，將遙感影像的像元亮度值轉(zhuǎn)換為地表反射率或地表輻 射亮度，定標到表觀反射率，得到每個像元的光譜曲線； 52、 在光譜曲線上將綠色中心波長、紅色至近紅外波段范圍內(nèi)的第一個拐點兩處的反 射率值坐標連線，同這兩處范圍內(nèi)的反射率曲線，構建一個植被吸收特征曲邊多邊形； 53、 計算曲邊多邊形面積； 54、 計算步驟S3中曲邊多邊形面積與樣本多邊形面積比，得出植被指數(shù)。2. 根據(jù)權利要求1所述的基于綜合吸收能力的植被指數(shù)計算方法，其特征在于，所述 步驟S3中，曲邊多邊形面積的計算方法為：將兩處劃分為多個波段，求取多個波段的梯形 面積，然后對梯形面積求和。3. 根據(jù)權利要求2所述的基于綜合吸收能力的植被指數(shù)計算方法，其特征在于，所述 曲邊多邊形面積的具體計算公式為： S3K龍綠餌中心波長皮射率倌樸與最低皮射率值處連線的直線方程S32、求曲邊多邊形面積其中，ik，k= 1，2,3···，η，η<m，為遙感影像各波長，i。為綠色波段中心波長，in為拐 點處波長，Rk，k= 1，2, 3···，n，η<m，為各波段反射率，R。為綠色波段中心反射率，Rn為拐 點處反射率，α%為反射率。4. 根據(jù)權利要求3所述的基于綜合吸收能力的植被指數(shù)計算方法，其特征在于，所述 步驟S4中，樣本多邊形面積通過實地儀器測量或者從遙感影像中選取計算得出。
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于綜合吸收能力的植被指數(shù)計算方法。步驟：S1、對遙感影像進行大氣校正，將遙感影像的像元亮度值轉(zhuǎn)換為地表反射率或地表輻射亮度，定標到表觀反射率，得到每個像元的光譜曲線；S2、在光譜曲線上將綠色中心波長、紅色至近紅外波段范圍內(nèi)的第一個拐點兩處的反射率值坐標連線，同這兩處范圍內(nèi)的反射率曲線，構建一個植被吸收特征曲邊多邊形；S3、計算曲邊多邊形面積；S4、計算曲邊多邊形面積與樣本多邊形面積比，得出植被指數(shù)。本發(fā)明利用植被的近紅外波強反射特征，兼顧綠色波段在鑒別植被中的貢獻；綜合考慮植物在可見光、近紅外范圍的吸收能力，并通過累計面積模型將光能損失量與吸收能力建立聯(lián)系，方法更具有普適意義與推廣價值。
【IPC分類】G01N21/31
【公開號】CN105259127
【申請?zhí)枴緾N201510852943
【發(fā)明人】葉成名, 李堯, 趙磊, 鄧地娟, 梁莉, 苗放, 陳嵐
【申請人】成都理工大學
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年11月27日