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本文依托多角度偏振相机(Directional Polarimetfic Camera,DPC)首次获取的中国南方地区高空间分辨率多角度反射率与偏振反射率数据,研究了高空间分辨率下典型地表二向性反射(包括反射率和偏振反射率)特性分析及其在气溶胶反演中的应用这个富有挑战的前沿问题。针对DPC这个可以从多个角度来获取偏振信息的特殊航空载荷,本文研究了DPC数据预处理流程和算法,重点分析了典型地表的二向性反射特性,基于特性分析对多角度多波段偏振反演气溶胶方案中的地表反射处理算法进行了改进,并结合东亚地区的气溶胶模式分析来对DPC获取的多角度反射数据进行了光学厚度反演,最后对反演结果进行了验证。主要包括三个方面:
1)为了获取高空间分辨率多角度反射数据,提出了多角度偏振相机数据预处理的整体流程。提出了处理多角度偏振数据的图像配准方法,该方法不仅能处理同波段数据,而且还可以较好的配准不同波段的数据,可以广泛应用于类似的机载和星载多角度遥感数据的数据预处理中。基于POS数据以及综合飞行的特点,提出了几何信息处理的算法。预处理为后续的二向性反射特性分析和气溶胶反演奠定了基础,也可以为星载高空间分辨率多角度偏振遥感预处理算法设计提供参考。
2)基于DPC获取的中国南方地区高空间分辨率多角度反射数据对典型地表的二向性反射特性进行了详细分析,重点研究了地表二向性偏振反射率特性。包括典型地表的多角度反射率与偏振反射率对比,NDVI对偏振反射率的影响,地表偏振反射率变化对气溶胶光学厚度反演的影响,以及不同地表与典型气溶胶对大气顶端的偏振贡献对比。同时对常用的BRDF模型和BPDF模型进行了反演,对比了不同。BRDF模型和BPDF模型的反演能力和精度。基于DPC的地表二向性反射特性分析不仅丰富了对典型地表的二向性反射特性的认识,也将为我国未来高空间分辨率多角度偏振遥感研究和应用提供理论支持。
3)基于地表二向性反射特性分析对气溶胶反演方案中的地表反射处理算法进行了改进,并将改进算法应用到DPC获取数据的气溶胶光学厚度反演中。算法改进主要包括:同时采用对大气顶端辐射贡献较小的植被类型的偏振反射率数据(665nm和865nm)和反射率数据(490nm)来作为地表输入,使用了拟合精度较高且具有一定泛化能力的单参数BPDF模型,根据反射率和偏振反射率的特点分两步来处理地表反射数据。改进后的算法能有效降低地表反射对气溶胶反演的影响,反演结果更加稳定而且精度较高。