第二章 文獻回顧與理論基礎
第二節 波形資料之特性與應用
cross-section）與散射截面積係數（Backscatter cross-section Coefficient）之 基本特性以及應用實例。
‧ 國
立 政 治 大 學
‧
Na tiona
l Ch engchi University
（a）不同地物之振幅值曲線
（b）森林地區地面點與植被振幅值曲線
（c）植被點與地面點不同回波之振幅值曲線 圖2-6 不同地物與回波之振幅值比較（Mücke, 2008）
‧
Half Maximum, FWHM）。而兩者間的轉換可由式（2-1）表示。本研究中使 用之波形寬參數為原始波形經高斯函數擬合後所得到之高斯標準差。FWHM = * （2-1）
其中， 表示高斯函數之標準差。
關於波形寬之相關研究有 Wagner et al.（2008）提到波形寬是一個用於 分類植物點與地面點相當好的指標，因為波形寬值在植被分布區域通常較 地面點來的大。另外在植物與建物分類應用方面，在樹木或是草地區域通 常會產生較建物大的波形寬（Stilla and Jutzi, 2009）。由上述波形寬在不同 地物之反應情形，應可嘗試將波形寬應用於植物與地面點或是植物與建物 集中，印證了 Wagner et al.（2008）提到植物點通常有較大波形寬之結論。
因此，波形寬的資訊應可應用於分類森林中的地面點與植被點。
‧ 國
立 政 治 大 學
‧
Na tiona
l Ch engchi University
（a）不同地物之波形寬曲線
（b）森林地區地面點與植被波形寬曲線
（c）植被點與地面點不同回波之波形寬曲線 圖2-7 不同地物與回波之波形寬比較（Mücke, 2008）
‧
三、散射截面積（Backscatter Cross-section）
散射截面積此數值由雷達方程式推導計算而來，表示雷射光束照射到 效率，Alexander et al.（2011）以柏油路之反射率為 0.25 作為率定的基準，
而在 Wagner et al.（2006）則是假設柏油路之反射率為 0.2，用來計算其它 地物點位之散射截面積值。下圖 2-8 即為計算率定參數中所使用參數之示
‧ 國
立 政 治 大 學
‧
Na tiona
l Ch engchi University
圖2-9 反射面粗糙度與散射截面積之關係（Wagner et al., 2006）
與散射截面積相關研究方面，Wagner et al.（2008）認為個別回波之散 射截面積與回波數目有著相當大之關係，亦即愈後面數目的回波散射回感 測器之能量愈弱（如圖 2-10 右側所示），但總散射截面積值（各回波散射 截面積之總和）則不受回波數量之影響，如圖 2-11 左側所示，一個雷射光 束訊號無論產生一個回波或是三個回波，其散射截面積總合幾乎不變。
圖2-10 個別回波散射截面積與回波數量關係（Wagner et al., 2008）
圖2-11 總散射截面積與回波數量關係（Wagner et al., 2008）
另外，Wagner et al.（2008）發現於植物區域通常有較地面點低的散射 截面積數值，原因為雷射光束在穿越頂層植物過程中通常會照射到相當多 的葉面與樹枝才到達地面，這將造成雷射能量的散失與較小的振幅值反射，
‧ 國
立 政 治 大 學
‧
Na tiona
l Ch engchi University
16
故得出數值較低的散射截面積，如圖 2-11 右側所示，雷射光束照射到愈多 樹冠點會造成較多的能量散失，使總散射截面積數值降低。此特性可運用 在森林覆蓋區域分類植物點與地面點。此外，在圖 2-12 中可明顯地看見森 林裡面的道路點，由於道路點之遮蔽較少，雷射能量散失較少，故產生了 較大的散射截面積數值（顏色愈偏暖色系代表數值愈大）。
圖2-12 森林區域地面點與植物間散射截面積分布圖（Wagner et al., 2008）
Wagner et al.（2008）另一個實驗中，如圖 2-13 左側，發現散射截面積 在鋪滿礫石或草地區域數值較低，而在柏油路則有相對較大之數值。另外 於建物區域，由圖 2-13 右側發現，相同材質之建物屋頂面有著不一樣之散 射截面積數值，此現象表示若是傾斜屋頂面的法向量指向感測器，則會得 到較高的散射截面積值。此結果說明了雷射光入射角度對於散射截面積數 值之影響。
‧ 國
立 政 治 大 學
‧
Na tiona
l Ch engchi University
圖2-13 植物覆蓋區與建物區域散射截面積值（Wagner et al., 2008）
‧
四、散射截面積係數（Backscatter Cross-section Coefficient）
Wagner et al.（2006）認為散射截面積之數值會隨著物體表面反射率 與 雷射足跡（Footprint）改變而跟著不同，而雷射足跡亦受到飛行航高與入射
散射截面積係數之應用有 Alexander et al.（2010）將三個波形資料分別 為振幅值、散射截面積以及散射截面積係數分成三個組別，同時搭配高程 與坡度等幾何關係資料，進行建物（平面屋頂與傾斜屋頂）、樹林、矮樹叢、
草地與道路等類別之分類，比較各組分類之結果後，得出分類成果以運用 散射截面積係數之精度最佳，總體精度可達到 91.53%，Kappa 值為 0.89（如 表 2-1 所示）。
表2-1 各組別之波形資料精度比較（ 為散射截面積、γ 為散射截面積係 數）（Alexander et al., 2010）
另外，林郁珊（2012）分別使用了振幅值與散射截面積係數，利用隨 機森林（Random Forest）與支持向量機（SVM）等方法進行樹木、草地、
建物與裸露地之分類。發現使用散射截面積係數之成果優於使用振幅值，
對於分類正確率之提升有著 0.5%至 4%不等之效果。
由上述應用實例，說明散射截面積係數為一個適合用於地物分類之參 考數值。
‧
特性來分割點雲達成分塊化（Segmentation）及特徵萃取（Feature extraction）之目的。
該研究中利用八分樹（Octree）結構分割點雲，如圖 2-14 所示，即將 原始點雲資料視為根節點（Root node），並由根節點內所有點雲資料透過最