[發明專利]熱紅外高光譜發射率模擬方法和系統

有效

• 申請號: 201010582215.0
• 申請日: 2010-12-06
• 公開（公告）號: CN102073039A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 張立福;王晉年;陳小平;楊杭;童慶禧
• 申請（專利權）人: 中國科學院遙感應用研究所
• 主分類號: G01S7/497
• 分類號: G01S7/497;G01S17/89;G01J5/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及熱紅外遙感技術領域，特別是涉及一種熱紅外高光譜發射率模擬方法和系統。

背景技術

熱紅外遙感，是指通過紅外敏感元件，探測物體的熱輻射能量，顯示目標的輻射溫度或熱場圖像的遙感技術的統稱，觀測波譜范圍為8.0～14μm。目前，熱紅外遙感在農田蒸散、土壤水分與旱情、城市熱環境遙感、森林火災監測等方面有了廣泛的應用。但由于傳感器技術的限制，目前在軌熱紅外多光譜傳感器空間分辨率和光譜分辨率均較低。而熱紅外遙感應用對熱紅外數據不斷提出更高的要求。目前國內外正在研制的熱紅外高光譜載荷，需要地面的應用模型的預研究，進行載荷的指標論證，這就需要模擬熱紅外載荷數據，通過模擬數據的應用研究，提出未來熱紅外高光譜載荷的具體光譜指標、信噪比、空間分辨率等，根據不同的應用目的，提供最佳的載荷設計指標，供載荷研制部門參考。

衛星遙感數據模擬的理論及技術的研究對于航天遙感器的設計及遙感應用模型的開發、驗證具有重要的意義。國外在新衛星發射之前，都要進行相當長時間的衛星數據模擬、驗證，并利用模擬數據進行應用模型的開發、綜合評價，用來對衛星設計的各項參數進行有效性評價，然后以應用為導向，對衛星傳感器的有關設計參數進行修改。近幾年來，由于我國對空間技術產業的重視和投入的加大，衛星數據模擬技術的理論與模型的研究受到了普遍重視。高光譜衛星數據的模擬又是目前衛星數據模擬的重點研究方向，其中，由低光譜分辨率到高光譜分辨率的成像模擬，目前一般采用光譜填圖的方式得到高光譜信息，這種方法一方面需要大量的光譜數據庫信息，另一方面，得到的模擬影像是分類影像?；谏飬⒘磕Ｐ偷墓庾V模擬方法需要大量成像幾何物理參數，運行速度慢?；诟吖庾V星載數據源的高光譜模擬方法的缺點是數據源不能保障，且費用高，時間分辨率低。目前，迫切需要一種快速、有效的方法來實現高光譜數據的模擬。

遙感圖像模擬技術是在遙感理論模型、遙感先驗知識及現有遙感圖像的基礎上，通過數學物理計算，獲取特定條件下的模擬圖像的技術。實際上是通過對遙感成像過程中不同因素對能量傳輸的影響進行分析，來探討改正和模擬這些影響的方法。遙感模擬圖像不僅可以用來比較不同傳感器系統的差異，而且可以用來對新傳感器的性能進行模擬研究。國外在遙感圖像模擬方面研究的比較早，并且開發完成了一些遙感圖像模擬軟件，用來對傳感器設計參數進行評價與驗證。比較成功的模擬軟件產品如下：

1)美國新墨西哥州的PRA(Photon?Research?Associates)公司開發的圖像模擬軟件GCI?Toolkit，能夠適用于多云、海洋和內陸等不同的氣象或地形條件。

2)美國羅切斯特理工大學的數字圖像與遙感(DIRS)實驗室研發的數字成像與遙感圖像生成模型(DIRSIG，Digital?Image?and?Remote?Sensing?Image?Generation)，采用C++語言編寫而成，隨后這個模型得到了不斷的完善和發展，最終形成了DIRSIG?4.0.5軟件。DIRSIG主體是由一系列基于輻射傳輸理論的子模型組成，可用于模擬可見光到熱紅外范圍內的圖像。

3)德國宇航中心(DLR)設計的光學遙感系統模擬軟件SENSOR(Software?Environment?for?the?Simulation?of?Optical?Remote?Sensing?systems)，其設計思路是采用模擬光學遙感系統成像過程的方法，模擬出傳感器在假定環境下的光學圖像，參與傳感器系統優化分析。

此外，歐空局的SPECTRA項目中，也開發了一套基于VB的遙感圖像仿真模擬軟件SLC。

以上國外遙感圖像模擬軟件中，德國航天中心和瑞士蘇黎世大學聯合開發的高光譜成像儀仿真系統軟件SENSOR，可以實現高光譜遙感圖像的模擬。該軟件已成功應用于歐空局的項目APEX(Airborne?PRISM?Experiment)，其模擬數據在機載成像光譜儀的性能指標驗證和數據處理算法開發中發揮了重要的作用。但它所采用的高光譜模擬方法仍然是基于光譜填圖的思想。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是提供一種針對8.0～14μm波譜范圍，基于熱機載光譜成像儀(Thermal?Airbome?Spectrographic?Imager，TASI)多光譜熱紅外發射率數據的熱紅外高光譜發射率光譜模擬方法和系統，克服現有技術中遙感數據的獲取受到傳感器技術的限制，以及高光譜分辨率、高空間分辨率及高信噪比不能同時保證的問題，并為載荷指標論證提供熱紅外高光譜發射率模擬數據源。