在遥感、农学、环境学的研究中,人们常常通过获取植被的各项参数来估计它们的生长状态。在众多获取的方法中,半球摄影法受到学者们的青睐,它的使用与推广既避免了直接测量法的繁琐和对植被冠层带来的伤害,又省去了遥感测量法的高额费用,并且适用于各种不同的测量环境。本论文对半球摄影法进行了系统的研究,改善了其中的部分环节,并拓展了一些其他可测量参数。本文从植被冠层图像获取、图像处理、参数反演、精度分析这几个方面对半球摄影法提取植被参数进行了研究,具体内容如下:(1)本论文中为了保证实验样本的多样性,以减小偶然因素为研究过程中带来的误差,采集了全国多个地区、多个种类的植被冠层图像,采样条件包括昼夜、阴晴、有云、无云等,包含了作物的多个生长期。同时利用LAI2000植被冠层结构分析仪实时地记录了相关参数。(2)在冠层图像处理的过程中,本文着重对比研究了区分前景像元和背景像元的相关算法,以样本验证后证明这些算法自适应性不高。本文在同类研究中,首次使用了基于区域生长的多尺度分割算法,将同质性较高的像元首先进行第一次聚类,经过支持向量机SVM进行学习训练第一次聚类像元的归属后,将区分像元的能力泛化。此法较传统灰度阈值分割算法具有对所有环境条件下的适应性,二值化图像精度达到70%~80%。(3)在反演植被参数的过程中,本论文从叶面积指数开始,首先通过切分冠层视野得到最优孔隙度的切分尺度,然后根据叶片随机分布的假设和比尔兰伯特定律,得出了叶面积指数、投影函数和视角的关系。比较不同视角下的投影函数,总有当视角为57.5°左右时,投影函数为一个定值,由此进一步得到了仅仅利用单视角下的孔隙度计算叶面积指数的方法,随即基于Miller积分公式,得到了将所有视角下的冠层孔隙度加入运算的叶面积指数计算方法。(4)计算个别植被参数时,需要将鱼眼图像畸变的视图纠正成垂直投影平面下的视图,所以本文采用了等距球面模型来模拟鱼眼镜头成像的过程,得到了三维坐标系投影到成像平面的一般公式,应用于实际鱼眼图像后,矫正效果显著。在此基础上,分别推导出了丛生指数、叶片密度、无截取散射和植被覆盖度,这些参数与参考值的相关性均达到了80%以上。