研究揭示了新型主动光学高光谱LiDAR系统的辐射效应的产生机制
发布时间：2023-05-22 08:00:00
高光谱光探测和测距（LiDAR）在一次测量中即可获得目标的几何和光谱信息。这种先进的技术将成像光谱学的范围扩大到光谱三维（3D）传感。
来自：CC0公共领域
然而，高光谱激光雷达存在两个主要的几何辐射效应，即距离效应和入射角效应，这严重限制了其定量遥感应用。
由中国科学院航天信息研究所牛铮教授领导的研究小组在研究高光谱激光雷达中存在的几何辐射效应时，提出了修正算法。
研究人员发现，距离效应和入射角效应的分析和校正可以独立进行。他们提出了一个耦合二次函数和指数衰减函数的分片函数模型来分析和校正距离效应，并开发了一个改进的Poullain算法来分析和校正入射角效应。
研究结果发表在ISPRS摄影测量与遥感杂志和IEEE地球科学与遥感论文上。
他们发现，距离效应源于系统本身，所有的波长都有统一的距离效应函数。在此基础上，他们提出了一个分片函数模型，将二次函数和指数衰减函数耦合起来，以分析和纠正距离效应。
对于不同类型的植被叶片目标，由于其不同的表面微观物理结构和内部生化参数，它们通常表现出不同的入射角效应。这种效应与高光谱LiDAR条件下被测目标物种的双向反射特性密切相关。
因此，该团队指出，高光谱激光雷达的入射角效应更准确的表达应该是 "高光谱激光雷达下某一目标的入射角效应"。他们开发了一种新的改进的Poullain算法来校正目标的入射角效应。
与传统的基于各向同性散射假设的Lambert余弦律和原始的Poullain算法相比，该算法考虑了不同入射角和波长下目标粗糙度系数和漫反射系数的异质性，更符合自然目标回波的反射特性。
不同植被叶片的实验结果表明，与标准0度入射角下的回波强度和反射率相比，校正结果的标准偏差降低了30%到60%。
该算法为今后植被三维生化参数的精确反演提供了重要的理论基础和技术支持。
目前，研究团队已经完成了具有高速采集能力的第二代高光谱激光雷达系统的设计和开发，正在进行性能测试，预计将于2023年底投入使用。
参考资料：Jie Bai et al, A Novel Algorithm for Leaf Incidence Angle Effect Correction of Hyperspectral LiDAR, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing (2021). DOI: 10.1109/TGRS.2021.3070652
Jie Bai et al, An exploration, analysis, and correction of the distance effect on terrestrial hyperspectral LiDAR data, ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing (2023). DOI: 10.1016/j.isprsjprs.2023.03.001
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