一種機載高光譜遙感數(shù)據(jù)光度校正方法
【專利說明】一種機載高光譜遙感數(shù)據(jù)光度校正方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種批量化的機載高光譜遙感數(shù)據(jù)光度校正方法，屬于高光譜遙感光 度校正領(lǐng)域，它適用于對機載高光譜遙感數(shù)據(jù)進行光度校正，以消除由于地表二向性效應(yīng) 引起的輻亮度值異常，實現(xiàn)機載高光譜影像數(shù)據(jù)的無縫拼接。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 遙感技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了全色、彩色攝影、多光譜掃描階段之后，高光譜遙感技術(shù)的出 現(xiàn)成為20世紀80年代遙感技術(shù)的最大成就之一。目前，機載高光譜設(shè)備已在國內(nèi)礦產(chǎn)資源 勘查領(lǐng)域進行廣泛的應(yīng)用，并取得了豐碩的成果。然而由于地表目標的非朗伯體特性，反射 光在空間中的分布往往是不均一的，即光譜特性隨太陽與傳感器高度角與方位角變化，使 得沿垂直飛行方向上輻射亮度值往往差異較大，短時間內(nèi)獲取影像在航帶內(nèi)部，尤其航帶 間呈現(xiàn)出明顯的波浪狀異常，直接影響影像數(shù)據(jù)的拼接和表達，同時造成一些含量較小的 礦物弱異常會淹沒在地表二向性效應(yīng)所致的條帶噪聲中。
[0003] 目前，光度校正在行星探測中應(yīng)用較多，在對地觀測中也有類似的應(yīng)用，但主要以 衛(wèi)星數(shù)據(jù)為主。然而，對于機載高光譜數(shù)據(jù)來說，相關(guān)研究和應(yīng)用案例較少。為此，本發(fā)明開 發(fā)了一種光度校正方法，對機載高光譜數(shù)據(jù)輻亮度值進行校正，實現(xiàn)影像的無縫拼接，降低 礦物檢出限。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004] 1.目的：本發(fā)明目的是提供一種機載高光譜數(shù)據(jù)的光度校正方法，針對地表二向 性引起的多航帶影像之間產(chǎn)生的波浪狀輻亮度值異常進行校正，實現(xiàn)機載高光譜影像數(shù)據(jù) 的無縫拼接。
[0005] 2.技術(shù)方案:本發(fā)明一種機載高光譜遙感數(shù)據(jù)光度校正方法，包括以下七個步驟：
[0006] 步驟一:原始數(shù)據(jù)讀入
[0007] 原始數(shù)據(jù)主要包括三種，第一種是影像數(shù)據(jù)，即原始獲取的未經(jīng)幾何校正的輻亮 度數(shù)據(jù);第二種是信息類數(shù)據(jù)，包括飛行高度和傳感器GPS航跡;第三種是影像坐標數(shù)據(jù)。以 上三種數(shù)據(jù)均由傳感器獲取數(shù)據(jù)時一并獲取，為已知數(shù)據(jù)，均用于后續(xù)計算。
[0008] 步驟二:影像角度參數(shù)計算
[0009] 某一單航帶高光譜數(shù)據(jù)具有m行，η列，ai*SS方向上任意行數(shù)據(jù)的平均傳感器觀 測角，i = l……m。通過傳感器航跡的GPS文件和影像坐標數(shù)據(jù)，根據(jù)三角函數(shù)定律計算出第 i行數(shù)據(jù)上任意象元與傳感器間的距離h，傳感器的飛行高度h已知，可根據(jù)公式（1)計算出 任意行的傳感器觀測角cu。
[0010]
⑴
[0011] 步驟三:輻亮度與傳感器觀測角擬合
[0012] 設(shè)定AFcuS單航帶內(nèi)平行SS方向上任意行數(shù)據(jù)的平均輻亮度值，則單航帶內(nèi)m行 數(shù)據(jù)的平均輻亮度數(shù)據(jù)與對應(yīng)傳感器觀測角之間存在以下關(guān)系：
[0013] AFai = Aai2+Bai+C (2)
[0014] 方程中i = l……m，AFai已知，可通過反演求出任意觀測角度下的A，B，C方程系 數(shù)。
[0015] 步驟四：校正系數(shù)計算
[0016] 設(shè)AF1(a=())為星下點處任意行數(shù)據(jù)的擬合平均輻亮度值，即通過公式(2)計算出當 傳感器觀測角為〇時，對應(yīng)任意行數(shù)據(jù)的平均輻亮度值，通過步驟三中求得的m行數(shù)據(jù)對應(yīng) 的方程系數(shù)A，B，C，可求出m行數(shù)據(jù)的AFi( a=Q)值。
[0017] 由于傳感器在獲取數(shù)據(jù)時是實時運動的過程，傳感器觀測角的不斷變化造成獲取 數(shù)據(jù)輻亮度值的不同。在此，通過將獲取數(shù)據(jù)的傳感器觀測統(tǒng)一校正到星下點處<^ = 0,來 實現(xiàn)航空高光譜數(shù)據(jù)的光度校正。
[0018] Ki = AFai/AFi(a=〇) (3)
[0019] K為校正系數(shù)，Ki則表示在任意給定的傳感器觀測角的行數(shù)據(jù)的光度校正系數(shù)。
[0020] 步驟五:光度校正
[0021] 第i行數(shù)據(jù)中，任意像元點處的輻亮度值SF1(x,y)，該點的光度校正后的輻亮度值 為FCi( X,y)，則滿足關(guān)系式：
[0022] FCi(x,y)=Fi(x,y)/Ki (4)
[0023]其中Fi(x,y)已知，帶入步驟四中求出的Ki，可對單航帶機載高光譜數(shù)據(jù)進行逐點光 度校正。
[0024]步驟六:多航帶數(shù)據(jù)無縫拼接
[0025]重復(fù)步驟二到步驟五，可求出各個航帶光度校正后的輻亮度數(shù)據(jù)，進行幾何校正、 鑲嵌拼接(無需做勻色處理)后，可獲得多航帶影像的無縫拼接數(shù)據(jù)。
[0026]本發(fā)明優(yōu)點及功效:本發(fā)明一種機載高光譜遙感數(shù)據(jù)光度校正方法，基于航空高 光譜數(shù)據(jù)輻亮度值與傳感器天頂角間的函數(shù)關(guān)系，對原始數(shù)據(jù)進行逐行光度校正，具有運 算量小，精度高等優(yōu)點，可實現(xiàn)對于航空高光譜數(shù)據(jù)的無縫拼接。 【【附圖說明】】
[0027]圖1為本發(fā)明的流程圖。
[0028]圖2為單航帶數(shù)據(jù)輻亮度值與觀測角擬合曲線圖。
[0029]圖3為單航帶數(shù)據(jù)光度校正前后效果對比圖。
[0030]圖4為多航帶數(shù)據(jù)光度校正前拼接效果圖。
[0031 ]圖5為多航帶數(shù)據(jù)光度校正后無縫拼接效果圖。 【【具體實施方式】】
[0032]圖1說明了本發(fā)明的基本方法流程，為了更好地說明該方法的實現(xiàn)，以新疆東天山 地區(qū)HyMap機載高光譜數(shù)據(jù)為例，進行光度校正實驗。
[0033] (1)試驗所用的設(shè)備為圖形工作站，規(guī)格型號為Dell Precision t7600,操作系統(tǒng) 為Windows7(64位），CPU為2.66GHz，內(nèi)容為32GB，硬盤為IT。
[0034] (2)具體步驟如下：
[0035]步驟一:原始數(shù)據(jù)讀入
[0036] 實驗數(shù)據(jù)采用中國國土資源航空物探遙感中心于2002年10月15日使用HyMap機載 高光譜成像光譜獲取的東天山地區(qū)高光譜數(shù)據(jù)，實驗數(shù)據(jù)共包含四個航帶。除搜集影像數(shù) 據(jù)外，還準備了包括飛行高度、傳感器GPS航跡影像坐標數(shù)據(jù)。
[0037]步驟二:影像角度參數(shù)計算
[0038]首先，通過傳感器航跡的GPS文件和影像坐標信息，根據(jù)三角函數(shù)定律計算出第i 行數(shù)據(jù)上任意象元與傳感器間的距離li，傳感器的飛行高度h已知，可根據(jù)公式（1)計算出 任意行的傳感器觀測角CU。 _9]
⑴
[0040] 步驟三:輻亮度與傳感器觀測角擬合
[0041] 由于單航帶內(nèi)平行SS方向上任意行數(shù)據(jù)的平均輻亮度值八?€[1與€[1滿足如下關(guān)系 式：
[0042] AFai = Aai2+Bai+C (2)
[0043] 通過擬合求出任意觀測角度〇1下對應(yīng)的A，B，C方程系數(shù)，附圖2展示了實驗數(shù)據(jù)中 第一行帶的厶?€4與€ [1函數(shù)擬合情況。
[0044]步驟四:校正系數(shù)計算
[0045] 將cti = 0，帶入步驟三中的公式(2 )，可計算出當傳感器觀測角為0時，對應(yīng)任意行 數(shù)據(jù)的平均輻亮度值A(chǔ)Fi(a=0)。
[0046] 通過將獲取數(shù)據(jù)的傳感器觀測統(tǒng)一校正到星下點處(αι = 0)，來實現(xiàn)航空高光譜 數(shù)據(jù)的光度校正。
[0047] Ki = AFai/AFi(a=0) (3)
[0048] 將求得的AF1(a=())帶入公式(3)中，可求出任意給定的傳感器觀測角的行數(shù)據(jù)的光 度校正系數(shù)K 1<3
[0049] 步驟五:光度校正
[0050] 第i行數(shù)據(jù)中，任意像元點處的輻亮度值SF1(x,y)，將步驟四種求得的1帶入公式 (4)中，求得任意像元點處光度校正后的輻亮度值為Fc 1(x,y)。
[0051] FCi(x,y)=Fi(x,y)/Ki (4)
[0052] 根據(jù)公式(4)對單航帶內(nèi)高光譜數(shù)據(jù)進行逐點計算，可求得單航帶光度校正后的 輻亮度數(shù)據(jù)。如附圖3所示，經(jīng)過光度校正的數(shù)據(jù)在垂直SS方向上的輻亮度值差異變小，在 視覺上顯示更平滑。
[0053]步驟六:多航帶數(shù)據(jù)無縫拼接
[0054]重復(fù)步驟二到步驟五，分別求出四個航帶光度校正后的輻亮度數(shù)據(jù)，利用步驟一 中獲取的git文件，對各航帶輻亮度數(shù)據(jù)進行幾何校正，最后通過鑲嵌拼接(無需做勻色處 理)可獲得多航帶影像的無縫拼接數(shù)據(jù)通過鑲嵌拼接形成最終的多航帶無縫拼接數(shù)據(jù)。附 圖4展示了未經(jīng)光度校正處理的多航帶數(shù)據(jù)拼接后的效果，從中可明顯的看出由于輻亮度 值異常產(chǎn)生的條帶間的波浪狀條紋。附圖5展示了經(jīng)過光度校正處理后多航帶數(shù)據(jù)無縫拼 接的效果，與附圖4對比，其拼接效果有了極大的改善。
【主權(quán)項】
1. 一種機載高光譜遙感數(shù)據(jù)光度校正方法，包括以下七個步驟： 步驟一:原始數(shù)據(jù)讀入 原始數(shù)據(jù)包括三種，第一種是影像數(shù)據(jù)，即原始獲取的未經(jīng)幾何校正的輻亮度數(shù)據(jù);第 二種是信息類數(shù)據(jù)，包括飛行高度和傳感器GPS航跡;第三種是影像坐標數(shù)據(jù)；以上三種數(shù) 據(jù)均由傳感器獲取數(shù)據(jù)時一并獲取，為已知數(shù)據(jù)，均用于后續(xù)計算； 步驟二:影像角度參數(shù)計算 某一單航帶高光譜數(shù)據(jù)具有m行，η列，ai*SS方向上任意行數(shù)據(jù)的平均傳感器觀測角，i =1……m;通過傳感器航跡的GPS文件和影像坐標數(shù)據(jù)，根據(jù)三角函數(shù)定律計算出第i行數(shù) 據(jù)上任意象元與傳感器間的距離h，傳感器的飛行高度h已知，根據(jù)公式（1)計算出任意行 的傳感器觀測角cu;步驟三:輻亮度與傳感器觀測角擬合 設(shè)定AFcu為單航帶內(nèi)平行SS方向上任意行數(shù)據(jù)的平均輻亮度值，則單航帶內(nèi)m行數(shù)據(jù) 的平均輻亮度數(shù)據(jù)與對應(yīng)傳感器觀測角之間存在以下關(guān)系： AFai=Aai2+Bai+C (2) 公式⑵中i = l……m，AFai已知，通過反演求出任意觀測角度下的A，B，C方程系數(shù)； 步驟四：校正系數(shù)計算 設(shè)AF1(a=())為星下點處任意行數(shù)據(jù)的擬合平均輻亮度值，通過公式(2)計算出當傳感器 觀測角為〇時，對應(yīng)任意行數(shù)據(jù)的平均輻亮度值，通過步驟三中求得的m行數(shù)據(jù)對應(yīng)的方程 系數(shù)A，B，C，求出m行數(shù)據(jù)的AFi( a=〇)值； 由于傳感器在獲取數(shù)據(jù)時是實時運動的過程，傳感器觀測角的不斷變化造成獲取數(shù)據(jù) 輻亮度值的不同；通過將獲取數(shù)據(jù)的傳感器觀測統(tǒng)一校正到星下點處~=〇,來實現(xiàn)航空高 光譜數(shù)據(jù)的光度校正； Ki = AF〇i/AFi(a=〇) (3) K為校正系數(shù)，L則表示在任意給定的傳感器觀測角的行數(shù)據(jù)的光度校正系數(shù)； 步驟五:光度校正 第i行數(shù)據(jù)中，任意像元點處的輻亮度值為F i ( X , y )，該點的光度校正后的輻亮度值為 FCi(x,y)，則滿足關(guān)系式： FCi(x,y)=Fi(x,y)/Ki (4) 其中Fi(X,y)已知，帶入步驟四中求出的Ki，對單航帶機載高光譜數(shù)據(jù)進行逐點光度校正； 步驟六:多航帶數(shù)據(jù)無縫拼接 重復(fù)步驟二到步驟五，求出各個航帶光度校正后的輻亮度數(shù)據(jù)，進行幾何校正、鑲嵌拼 接后，獲得多航帶影像的無縫拼接數(shù)據(jù)。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種機載高光譜數(shù)據(jù)的光度校正方法，針對地表二向性引起的多航帶影像之間產(chǎn)生的波浪狀輻亮度值異常進行校正，實現(xiàn)機載高光譜影像數(shù)據(jù)的無縫拼接，具體包括以下七個步驟：步驟一：原始數(shù)據(jù)讀入；步驟二：影像角度參數(shù)計算；步驟三：輻亮度與傳感器觀測角擬合；步驟四：校正系數(shù)計算；步驟五：光度校正；步驟六：多航帶數(shù)據(jù)無縫拼接。所述光度校正方法是基于航空高光譜數(shù)據(jù)輻亮度值與傳感器天頂角間的函數(shù)關(guān)系，對原始數(shù)據(jù)進行逐行光度校正，具有運算量小，精度高等優(yōu)點，可實現(xiàn)對于航空高光譜數(shù)據(jù)的無縫拼接。
【IPC分類】G01J3/28, G01S17/89, G01S7/497
【公開號】CN105676208
【申請?zhí)枴緾N201610007130
【發(fā)明人】于峻川, 劉文良, 閆柏琨
【申請人】中國國土資源航空物探遙感中心
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月6日