植被冠层的辐射散射特性研究是多角度植被定量遥感的基础,这些特征中蕴含了丰富的植物生理信息,通过构建植被冠层辐射散射模型,可以实现叶绿素和植物结构等生物物理参数的遥感定量反演。然而,植株不规则的几何特性导致了其复杂的光辐射过程。目前在结构参数的获取方法上过于依赖人工测量和判断,而三维激光扫描可瞬时高效地采集点云信息,因此在获取植株表型特征上具有独特的优势。本文使用手持式激光扫描仪采集了四种代表性植株的稠密点云,提出了一种快速计算叶方向分布的方法。通过将激光点云计算的准确的叶倾角分布代入到辐射传输模型的中间函数中,在一定程度上提高了模拟的精度。本文主要的研究工作总结为以下几点:(1)提出了一种基于点云快速计算叶方向分布的方法。通过将点云数据在球面空间中建立采样网格,然后根据观测角和叶倾角来定义坐标,查找并构建三角形,根据三角面片计算得到叶向分布的概率密度函数。对四种形态各异的植株进行激光扫描,并采用了三种方法计算叶倾角分布,以验证本方法的准确性,发现基于点云自动计算方法与实际建模相似度可达0.9以上。(2)基于点云建模准确计算的结构参数代入到解算的中间函数中,以减少模拟的误差,提出了一种新的简化计算方法。并且与经典的SAIL模型进行对比,减少了消光系数和散射系数的解算过程中产生的误差。通过局部和全局敏感性分析两种方法,分析了 SAIL模型和本文简化模型的各个参数在模型计算时的敏感程度,证明了本文改进方法的意义和价值。(3)将四种实验对象的实测光谱数据与SAIL模型模拟的光谱、本文改进方法所模拟的光谱数据进行了多角度观测的对比分析,验证了本文所提出的方法在实际应用中的改进程度。从整体相似度来看,改进后的相似度略有所提升,说明准确估计方法相对于传统椭球估计方法能有效提高反演时的精度;从多角度对比来看:结构参数对于光谱的影响在主方向上最为显著,垂直于主平面最弱,其它平面介于前两者之间,植被叶绿素吸收波段,如蓝450nm、红670nm,具有较强的光谱异性,结构参数的影响尤为突出,而近红外860nm由于高透射和多次散射特性,削弱了光谱的各向异性,改进程度并不明显。通过本文的研究,证明了利用激光快速获取植株表型参数的可行性,并成功利用准确结构参数解决辐射传输中的难点问题。