叶表面偏振反射测量对冬小麦氮含量高光谱估算的提升

发布时间：2021-12-18 21:43

　　高光谱遥感为冬小麦氮含量的实时估测提供了技术途径,然而在实际探测过程中,接收的信号不仅包含植株叶、茎等器官内部发生多次散射后的光辐射,也包含在叶片表面发生镜面反射而没有进入器官内部的光辐射,原理上只有前者可反映植株的生化组分信息,因此目前常用的反演算法存在较大不确定性。拟采用增加偏振测量的方式,区分与上述两种情形对应的非偏振光和部分偏振光,通过构建相应的反射率表征因子,以评估剔除部分偏振反射分量对植株氮含量估算的影响。实验获取了冬小麦拔节、挑旗、开花、灌浆四个典型生长期共计48组偏振高光谱与氮含量测量样本,分析后表明,剔除偏振反射后,反射率光谱与氮含量的相关性在可见光波段有较明显的提升,而常用的多个植被指数对氮含量的估算精度有小幅提升,且不同生长期对应的最优植被指数不同。上述结果证明了通过测量叶表偏振反射而提升冬小麦氮含量高光谱估算方法的有效性与稳定性,为提升植被生化组分遥感反演的精度提供了参考。 

【文章来源】：光谱学与光谱分析. 2020,40(06)北大核心EISCICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

研究区不同状况的样田

剔除表面偏振反射后, 全波段dBRF与PNC的相关性整体趋势未变, 但在吸收较强的可见光谱段, 其对于PNC的相关性有较明显的提升(图2), 如在蓝光波段, 相关系数Cor由0.68提升至0.72; 而在其他谱段, 相关性仅存在微小的提升。一阶导光谱derBRF与PNC的相关性在整个谱段无明显规律, 相关波段的数量也较BRF有所减少, 主要集中在可见光和短波红外的部分区域, 且部分相关波段的相关性明显强于BRF(在短波红外1 750 nm处Cor可达0.9)。

对于BRF和dBRF光谱, iPLSR筛选出的间隔相同, 间隔编号为2, 3, 4, 6, 27, 29和30, 对应的波长为395～529, 575～619, 1 571～1 615和1 661～1 750 nm, 共308个波段(即式(6)中m=308), 主要集中于可见光和短波红外谱段, 这与氮存在的主要场所叶绿素和蛋白质的吸收谱段吻合。 以去除偏振反射后的dBRF光谱为例(图3, 每个误差棒下的数字代表利用该间隔进行PLSR时利用的潜在因子), 其全谱段PLSR误差RMSECVglobal为0.40%(图中虚线), 筛选出的7个间隔的RMSECVint_p如表3, 说明利用这些间隔进行PNC的估算将有效降低误差。利用BRF与dBRF中筛选出的波段, 分别进行48个样区PNC的偏最小二乘建模, 并进行估算和精度评价, 得到的PNC预测结果如图4(a)和(b)。 可以看出, 去除偏振反射后, 预测-测量值的Cor由0.93升至0.96, RMSECV则由0.30%降至0.23%, 误差减小幅度为23%, 证明了去除偏振反射的方法对冬小麦PNC的估算能力具有提升作用。 此外, 通过利用iPLSR, RMSECVBRF和RMSECVdBRF相比于RMSECVglobal有显著降低的同时, 对于7个筛选间隔的RMSECVint_p也有优化, 这证明了iPLSR用于PNC回归的有效性。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3543215