一種基于光譜反射率特性的星載高光譜圖像云檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于光譜反射率特性的星載高光譜圖像云檢測方法，可用于航天、航空高光譜遙感圖像的自動云判。該方法包括以下步驟：從高光譜圖像中獲取特定波長的圖像數(shù)據(jù)，從衛(wèi)星平臺獲取太陽高度角；計算特定波長圖像的反射率；將整個區(qū)域分為高云待定區(qū)和中低云待定區(qū)；對高云待定區(qū)排除雪地區(qū)得到高云區(qū)；對中低云待定區(qū)依次排除水體以及土壤、植被、沙漠巖石和雪地區(qū)域，得到中低云區(qū)；最后將高云區(qū)和中低云區(qū)合并得到云檢測結(jié)果。本發(fā)明避免了使用圖像統(tǒng)計信息進(jìn)行云檢測，不受到地物紋理復(fù)雜度的影響，利用光譜信息，提高云檢測準(zhǔn)確率，易于硬件實現(xiàn)，具有較高的普適性，適于星載高光譜圖像實時云檢測應(yīng)用。
【專利說明】一種基于光譜反射率特性的星載高光譜圖像云檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種云檢測方法，尤其涉一種基于光譜反射率特性的星載高光譜圖像云檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在大氣系統(tǒng)中，大約50%的地區(qū)表面被云覆蓋。衛(wèi)星進(jìn)行對地觀測時，會將下行大量的含云的圖像數(shù)據(jù)，而這些含云圖像往往是無用數(shù)據(jù)，造成數(shù)據(jù)采集傳輸及處理的浪費，所以需要在星上進(jìn)行自主的云判讀。
[0003]目前國內(nèi)從事云檢測技術(shù)的研究多是在地面處理，在地面站進(jìn)行云判讀技術(shù)，通過模式識別與并行計算對可見光圖像進(jìn)行實時云判讀。其目的主要是為了減輕工作人員工作強度，承擔(dān)輔助判讀功能。其算法分別利用在模式識別系統(tǒng)中，空間域或頻率域的特點作為判據(jù)，分別采用均值、方差、邊緣和圖像熵作為特征，采用最小距離法對云和地物進(jìn)行分類。也有采用邊緣檢測的方法進(jìn)行云檢測，首先采用中值濾波器保持圖像邊界，濾波后圖像進(jìn)行邊緣檢測，將圖像中的高梯度邊緣檢測出來。同時對圖像梯度直方圖進(jìn)行分析，通過對圖像灰度直方圖的峰谷的分割，將目標(biāo)與背景進(jìn)行分割。通過比較分析可以發(fā)現(xiàn)，以上兩種云檢測算法利用含云圖像中的灰度閾值、方差、邊緣和熵這四個信息進(jìn)行判讀。但由于云結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，很多時候與地物區(qū)分度不高，僅依靠這四個統(tǒng)計特征難以得到滿意的結(jié)果。設(shè)定固定的判別依據(jù)，難以自適應(yīng)調(diào)整判別閾值，不能夠準(zhǔn)確檢測。
[0004]另外還有利用云和地物的固有反射率，以閾值為基礎(chǔ)，應(yīng)用最大類間方差閾值法對不同的云圖自適應(yīng)計算閾值，即以云的形態(tài)統(tǒng)計特性調(diào)整閾值作為云和晴空的判斷依據(jù)。此方法對云的形態(tài)依賴性較強，而且由于衛(wèi)星軌道和太陽角度是在動態(tài)變化的，在不同光照的影響下云和地物的反射率是不同的，計算量較大，這種方法不適合衛(wèi)星平臺應(yīng)用實時檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于光譜反射率特性的星載高光譜圖像云檢測方法，可以利用高光譜圖像對地物的反射率特性，準(zhǔn)確區(qū)分云與雪地區(qū)域、沙漠區(qū)域以及植被區(qū)域，實現(xiàn)精確云檢測。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于光譜反射率特性的星載高光譜圖像云檢測方法，包括以下步驟，
[0007]S1:從衛(wèi)星平臺拍攝的一高光譜圖像數(shù)據(jù)中獲取以下五個波長分別為0.66 μ m、
0.86ymU.25ymU.38 μ m以及L 65 μ m的圖像數(shù)據(jù)，其中每個波長偏差可為±0.05 μ m,并獲取衛(wèi)星平臺拍攝圖片時太陽高度角；
[0008]S2:利用SI中五個波長圖像數(shù)據(jù)結(jié)合衛(wèi)星平臺拍攝圖片時的太陽高度角，分別計算五個波長的圖像數(shù)據(jù)中各像元的反射率。
[0009]S3:區(qū)分高云待定區(qū)和中低云待定區(qū)，對波長為1.38 μ m的圖像數(shù)據(jù)反射率進(jìn)行閾值判斷，大于第一閾值的區(qū)域為高云待定區(qū)域，小于所述第一閾值的區(qū)域為中低云待定區(qū)域；
[0010]S4:對所述高云待定區(qū)域進(jìn)行第一雪區(qū)域排除，對波長為1.65 μ m的圖像數(shù)據(jù)的反射率進(jìn)行閾值判斷，其反射率小于第二閾值的為第一雪區(qū)域，其反射率大于所述第二閾值的為高云區(qū)域；
[0011]對所述中低云待定區(qū)域進(jìn)行水體以及土壤區(qū)域排除，對波長為0.66 μ m的圖像數(shù)據(jù)反射率進(jìn)行閾值判斷，反射率低于第三閾值的為水體以及土壤區(qū)域；
[0012]對所述中低云待定區(qū)域進(jìn)行植被區(qū)域排除，檢測波長為0.66 μ m的圖像數(shù)據(jù)與波長為0.86 μ m的圖像數(shù)據(jù)的反射率的比值，所述比值小于第四閾值為植被區(qū)域；
[0013]對所述中低云待定區(qū)域進(jìn)行沙漠巖石區(qū)域排除，分別檢測波長1.25μπι和
1.65 μ m的圖像數(shù)據(jù)反射率，計算歸一化沙漠巖石指數(shù)，將所述歸一化沙漠巖石指數(shù)小于第五閾值的區(qū)域作為沙漠巖石區(qū)域排除；
[0014]對所述中低云待定區(qū)域進(jìn)行第二雪區(qū)域排除，檢測波長1.25 μ m的圖像數(shù)據(jù)反射率，將反射率小于第六閾值的區(qū)域作為第二雪區(qū)域被排除；
[0015]經(jīng)過對中低云待定區(qū)中所述水體以及土壤區(qū)域、所述植被區(qū)域、所述沙漠巖石區(qū)域以及所述雪區(qū)域的排除，剩余區(qū)域為中低云區(qū)域；
[0016]S5:將步驟S4得到的所述高云區(qū)域與所述中低云區(qū)域合并得到高光譜圖像云檢測結(jié)果。
[0017]作為優(yōu)選地,所述反射率計算公式為:P =L* /(E*cos(q)),其中，P為反射率，E為大氣層頂太陽輻照度，L為衛(wèi)星接收的輻亮度，L=DN/a+b，a和b為星上定標(biāo)系數(shù)，其中定標(biāo)系數(shù)為遙感器接收的輻射強度轉(zhuǎn)換為像元幅值的系數(shù)值，DN為光譜圖像中像元的像素值。
[0018]較佳地，其所述第一閾值為0.23，所述第二閾值為0.4，所述第三閾值為0.4，所述第四閾值為0.4，所述第五閾值為0.3以及所述第六閾值為0.5。
[0019]作為優(yōu)選地，歸一化沙漠巖石指數(shù)DSI通過下式得到:
【權(quán)利要求】
1.一種基于光譜反射率特性的星載高光譜圖像云檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: S1:從衛(wèi)星平臺拍攝的一高光譜圖像數(shù)據(jù)中獲取以下五個波長分別為0.66 μ m,0.86ymU.25ymU.38 μ m以及L 65 μ m的圖像數(shù)據(jù)，其中每個波長偏差可為±0.05 μ m,并獲取衛(wèi)星平臺拍攝圖片時太陽高度角； S2:利用SI中五個波長圖像數(shù)據(jù)結(jié)合衛(wèi)星平臺拍攝圖片時的太陽高度角，分別計算五個波長的圖像數(shù)據(jù)中各像元的反射率； S3:區(qū)分高云待定區(qū)和中低云待定區(qū)，對波長為1.38μπι的圖像數(shù)據(jù)反射率進(jìn)行閾值判斷，大于第一閾值的區(qū)域為高云待定區(qū)域，小于所述第一閾值的區(qū)域為中低云待定區(qū)域； S4:對所述高云待定區(qū)域進(jìn)行第一雪區(qū)域排除，對波長為1.65 μ m的圖像數(shù)據(jù)的反射率進(jìn)行閾值判斷，其反射率小于第二閾值的為第一雪區(qū)域，其反射率大于所述第二閾值的為聞z?區(qū)域； 對所述中低云待定區(qū)域進(jìn)行水體以及土壤區(qū)域排除，對波長為0.66 μ m的圖像數(shù)據(jù)反射率進(jìn)行閾值判斷，反射率低于第三閾值的為水體以及土壤區(qū)域； 對所述中低云待定區(qū)域進(jìn)行植被區(qū)域排除，檢測波長為0.66 μ m的圖像數(shù)據(jù)與波長為0.86 μ m的圖像數(shù)據(jù)的反射率的比值，所述比值小于第四閾值為所述植被區(qū)域； 對所述中低云待定區(qū)域進(jìn)行沙漠巖石區(qū)域排除，分別檢測波長1.25 μ m和1.65 μ m的圖像數(shù)據(jù)反射率，計算歸一化沙漠巖石指數(shù)，將所述歸一化沙漠巖石指數(shù)小于第五閾值的區(qū)域作為所述沙漠巖石區(qū)域排除； 對所述中低云待定區(qū)域進(jìn)行第二雪區(qū)域排除，檢測波長1.25 μ m的圖像數(shù)據(jù)反射率，將反射率小于第六閾值的區(qū)域作為所述第二雪區(qū)域被排除； 經(jīng)過對所述中低云待定區(qū)中所述水體以及土壤區(qū)域、所述植被區(qū)域、所述沙漠巖石區(qū)域以及所述第二雪區(qū)域的排除，剩余區(qū)域為中低云區(qū)域； S5:將步驟S4得到的所述高云區(qū)域與所述中低云區(qū)域合并得到高光譜圖像云檢測結(jié)果O
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光譜反射率特性的星載高光譜圖像云檢測方法，其特征在于，所述反射率計算公式為^=1>31/出*(:08((1))，其中，P為反射率，E為大氣層頂太陽輻照度，L為衛(wèi)星接收的輻亮度，L=DN/a+b，a和b為星上定標(biāo)系數(shù)，其中定標(biāo)系數(shù)為遙感器接收的輻射強度轉(zhuǎn)換為像元幅值的系數(shù)值，DN為光譜圖像中像元的像素值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光譜反射率特性的星載高光譜圖像云檢測方法，其特征在于，其所述第一閾值為0.23，所述第二閾值為0.4，所述第三閾值為0.4，所述第四閾值為0.4，所述第五閾值為0.3以及所述第六閾值為0.5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光譜反射率特性的星載高光譜圖像云檢測方法，其特征在于，歸一化沙漠巖石指數(shù)DSI通過下式得到:

【文檔編號】G01C11/04GK103604421SQ201310606332
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】張寧, 謝寶蓉, 沈霽, 王琰, 馮書誼, 穆文濤 申請人:上海航天測控通信研究所