[發(fā)明專利]非均勻大氣程輻射遙感數(shù)字圖像的計算機生成方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910199543.X
• 申請日: 2009-11-26
• 公開（公告）號: CN101713832A
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 時向勇;李先華;朱瑞芳;朱姍
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: G01W1/00
• 分類號: G01W1/00;G01S7/48
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

1.一種非均勻大氣程輻射遙感數(shù)字圖像的計算機生成方法，其步驟包括：

A、在IDL/ENVI系統(tǒng)支持下，讀取選定地區(qū)的MODIS02和MODIS09的遙感數(shù)字圖像；

B、根據(jù)MODIS09地面反射率數(shù)據(jù)和MODIS02表觀反射率數(shù)據(jù)，分別計算水體掩模圖像和云掩模圖像，進而可得陸地圖像；

C、計算水體圖像、陸地圖像和云層圖像邊界的大氣程輻射值；

D、分別逐點計算水體圖像、陸地圖像和云層圖像內(nèi)部大氣程輻射值，完成所有像元大氣程輻射值的計算；

E、完成大氣程輻射圖像的可視化，從而完成大氣程輻射遙感數(shù)字圖像的計算機生成。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非均勻大氣程輻射遙感數(shù)字圖像的計算機生成方法，其特征在于，

上述步驟B所述的分別計算水體掩模圖像和云掩模圖像，其具體步驟如下：

B1、利用NDVI計算水體掩模圖像，其具體如下：

首先計算NDVI遙感數(shù)字圖像，其計算表達式為：

同時生成其直方圖，再利用數(shù)學(xué)求導(dǎo)方法計算出NDVI直方圖上第一個陡升點坐標(biāo)，記為閾值K₁；

其次，分別計算藍光波段(BAND3)和近紅外波段(BAND2)直方圖，再利用數(shù)學(xué)求導(dǎo)方法分別計算出藍光波段(BAND3)和近紅外波段(BAND2)直方圖的陡降和陡升拐點坐標(biāo)值，藍光波段(BAND3)計算陡降拐點坐標(biāo)值，記為閾值K₂，近紅外波段(BAND2)計算陡升拐點坐標(biāo)值，記為閾值K₃，即確定水體掩模其他兩個提取閾值；

最后，利用布爾計算，

RIVER_MASK＝(NDVI＜K₁)AND(BAND3＞K₂)AND(BAND2＜K₃)，得到水體掩模圖像。

B2、根據(jù)MODIS02表觀反射率數(shù)據(jù)，計算云掩模圖像。

如果表觀反射率值BAND1_DN＞0.14，則此像素為云層，此像元值賦值為1；若BAND1_DN＜0.14，則此像素不是云層，賦值為0，得到云掩模圖像。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非均勻大氣程輻射遙感數(shù)字圖像的計算機生成方法，其特征在于，上述步驟C所述的計算水體圖像、陸地圖像和云層圖像邊界的大氣程輻射值，其具體步驟如下：

設(shè)立水體圖像、陸地圖像和云層圖像邊界上的大氣程輻射值的逐點成像計算表達式：

假設(shè)在小范圍內(nèi)邊界上的大氣狀況相同，根據(jù)遙感數(shù)字圖像的點成像通用公式可得：

DN_i＝k×H_i×r_i×τ_i/π+DNA_i

DN_j＝k×H_j×r_j×τ_j/π+DNA_j

其中，DN為遙感像元的輻射亮度值，H為衛(wèi)片像元的照度，r為地面反射率，τ為大氣透過率，DNA為大氣程輻射值，若在小范圍內(nèi)邊界上，大氣視為均勻大氣，即：DNA_i＝DNA_j，τ_i＝τ_j，由上式聯(lián)立方程可得大氣程輻射逐點成像公式：

DNA＝DN_i-r_i·(DN_i-DN_j)/(r_i-r_j)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非均勻大氣程輻射遙感數(shù)字圖像的計算機生成方法，其特征在于，上述步驟D所述的分別逐點計算水體圖像、陸地圖像和云層圖像內(nèi)部大氣程輻射值，完成所有像元大氣程輻射值的計算，具體步驟如下：

D1、設(shè)置一個用于控制計算精度和運算速度的閾值ε₂，計算陸地內(nèi)部大氣程輻射值，其具體如下：設(shè)定一個與計算結(jié)果的精度以及運算速度相關(guān)的閾值ε₂，α≤ε₂≤β，若閾值ε₂小于α，則計算陷入死循環(huán)，運算速度變慢；若ε₂值大于β，則運算速度提高，但計算結(jié)果不是最優(yōu)，整體效果精度低，其具體算法步驟如下：

D11、利用陸地邊界上的大氣程輻射值，計算A₀值，并進行初始化

賦值：K_a＝1，A_ka＝A₀，DNA_ka為圖像邊界上第k個像元的大氣程輻射值，L為陸地邊界上總像元數(shù)。

D12、計算DN′_ka＝DN_ka-A_ka，得到MODIS02輻射亮度值與陸地邊界大氣程輻射值之間的差值。

D13、建立回歸方程：DNA_ka＝a?ln?DN′_ka+b，具體步驟如下：

采用線性對數(shù)擬合方法，建立大氣程輻射值與MODIS02輻射亮度值兩者之間的回歸方程：

DNA_k＝a*ln(DN_k-DNA_k)+b＝a*ln(DN′_k)+b

令：Y＝DNA_k，X＝ln(DN_k-DNA_k)＝ln(DN′_k)

建立回歸方程：Y＝a*X+b

其中：

其中L為陸地邊界上總像元數(shù)，k：為第k個像元的下標(biāo)，DN_k為圖像邊界上第k個像元的輻射亮度值，DNA_k為圖像邊界上第k個像元的大氣程輻射值。

D14、設(shè)定閾值ε₂，若|DNA_ka-A_ka|＞ε₂為真，則K_a＝K_a+1，A_ka＝A_ka±1，返回步驟D12，重新建立回歸方程；若|DNA_ka-A_ka|＞ε₂為假，則轉(zhuǎn)步驟D15；

D15、輸出DNA_ka，即為所求的大氣程輻射值，DNA_ij＝DNA_ka。

D2、計算水體內(nèi)部的大氣程輻射值，水體為非標(biāo)準(zhǔn)朗伯體，其具體步驟如下：

D21、在計算水體大氣程輻射值前，首先需推導(dǎo)遙感數(shù)字圖像的點成像通用公式：DN＝k*H*r*τ+DNA＝k*E₀*r*τ_上*τ_下/π+DNA＝k*E₀*r*τ²/π+DNA其中，τ_上和τ_下分別為上行大氣透過率和下行大氣透過率，若在小范圍內(nèi)，視為τ_上＝τ_下。利用近紅外波段和需計算大氣程輻射值(DNA)波段之間的線性相關(guān)性，按下面步驟聯(lián)立方程：

由方程組(1)可得：

由方程組(2)可得：

推導(dǎo)出：

若假設(shè)DNA₃＝DN₃，進而得到水體上空大氣程輻射值計算方程：

其中，DN₁，DN₂為需計算大氣程輻射值波段上兩個像素的輻射亮度值，DN₃，DN₄為近紅外波段圖像上兩個像素的輻射亮度值。

D22、設(shè)定一個限定反射率差值范圍的閾值ε₁，γ≤ε₁≤η，若閾值ε₁小于γ，則計算結(jié)果可出現(xiàn)負(fù)值，計算速度變慢；若ε₁值大于η，則計算結(jié)果可出現(xiàn)非法的極大值，同時結(jié)果受薄云影響增大，大氣程輻射圖像生成效果不理想。若|r₁-r₂|＞ε₁and|r₃-r₄|＞ε₁為真，則轉(zhuǎn)步驟D23，若|r₁-r₂|＞ε₁and|r₃-r₄|＞ε₁為假，則按照均值內(nèi)插方法計算水體內(nèi)部大氣程輻射值，轉(zhuǎn)步驟D32。

D23、使用公式(3)完成水體圖像內(nèi)部的大氣程輻射值計算，從而完成水體的大氣輻射值計算。

D3、利用插值算法計算云層或水體圖像內(nèi)部大氣程輻射值，其具體步驟如下：

D31、計算云層圖像內(nèi)部大氣程輻射值，采用均值內(nèi)插的方法計算云層圖像內(nèi)部大氣程輻射值，利用鄰近像元均值內(nèi)插方法計算云層下方的大氣程輻射值；

D32、建立3*3矩陣(‘a(chǎn)’)，利用均值內(nèi)插方法完成云層或水體圖像內(nèi)部的大氣程輻射值計算；

D33、計算云層或水體圖像內(nèi)部大氣程輻射值：基于上述步驟B中生成的云掩模圖像和水體掩模圖像，利用3*3矩陣(‘a(chǎn)’)分別遍歷整幅大氣程輻射圖像和云掩模圖像，或分別遍歷整幅大氣程輻射圖像和水體掩模圖像，按下面公式計算云層或水體圖像內(nèi)部大氣程輻射值：

其中，N為3*3矩陣(‘a(chǎn)’)遍歷云掩模圖像或水體掩模圖像時mask＝1的個數(shù)。