小麦叶片双向反射特性的研究

发布时间：2017-12-16 11:24

  本文关键词：小麦叶片双向反射特性的研究

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【摘要】：近年来,随着高光谱和多角度遥感技术的应用,作物冠层光学特性的研究逐渐成为定量植被遥感的研究热点。太阳辐射的方向性变化决定了大田作物吸收和反射太阳光谱信息的方向性,通过对这种吸收和反射光谱方向性的研究建立的模型在模拟和反演大田作物冠层结构几何参数及生化含量等方面有着极高的应用价值。作物叶片色素的相对浓度高低对植物叶片的生理学和光谱学特征有着重大影响,叶片色素含量不仅影响植物生长周期内光合作用、光利用效率、质量和能量交换和应激反应等过程。而且,对色素之间综合关系的研究可用于叶片的可视化特征研究,也可用于远程遥感中来量化叶片生物化学组分及结构特征。本文以小麦叶片作为主要研究对象,基于实验室自设计和改进的光学方向特性测量系统,主要对作物叶片光学方向特性和双向反射分布进行了研究。本研究主要研究内容如下:(1)改进实验室原有的光学方向反射采集系统,缩短采集时间和减少了实验误差。改进后的光学方向特性测量装置可很好地实现在一个接收方位角下测量多个接收天顶角处的反射光分布的功能。同时,光学多路复用器、光谱仪与轴承座同步转动可保证接收探头在测量过程中的相对位置固定,降低实验过程中光纤扰动对实验造成的影响。因此,该测量装置测量过程耗时短,效率高,实验误差减小,测量精度高。(2)探究了可见近红外波段下小麦叶片的双向反射分布规律及影响因素。光源以某一固定角度入射时,其反射光分布集中表现为入射光主平面对称的微小空间里大致对称分布。且光源入射天顶角越大,叶片的各向异性指数越显著,其原因是镜面效应和前向散射效应共同影响了这种变化。同时,研究表明叶绿素浓度越高,叶片各向异性指数越低,其原因可能是叶绿素浓度增加会增强叶片光合作用速率,光吸收率增加,导致叶片反射率相对降低,导致叶片各向异性指数降低。通过对两种叶片的扫描电镜图进行分析,得出叶片的微观结构差异(叶脉间距)或叶片表面叶毛的分布状况可能是影响叶片的双向反射分布规律的因素之一。(3)分析了 30°入射条件下的小麦叶片叶绿素光谱模型稳定性受接收方向的影响。本文用4种不同的预处理方法结合PLS进行全波段建模分析,选择基于MSC方法的PLS建模方案。对144个接收角度下的光谱数据进行处理,得到30°入射条件下叶绿素光谱模型的最佳接收角度为(50°,15°)。通过对该入射条件下的最佳角度下的数据进行特征波段建模分析,得出30°入射条件下建立的较优模型为BW-MLR模型,模型预测集相关系数Rpre为0.968,剩余预测偏差RPD为3.848,模型效果较佳。最后,通过对五个不同接收角度(50°,15°)、(0°,0°)、(90°,15°)、(180。,15°)、(270°,15°)下叶绿素光谱模型在各不同角度下进行误差分析,研究结果表明,小麦叶片叶绿素光谱模型稳定性受接收天顶角和方位角的共同影响,整体上,模型稳定性随着接收天顶角的增大而减弱。但在90°-270°接收方位角下模型稳定性较好,受接收天顶角影响较小。同时,分析了造成叶绿素光谱模型稳定性的因素,即光源位置与接收方位角处于同一侧时,模型稳定性受接收方向影响较小。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S512.1

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