[發明專利]基于遙感影像DN值多元參量定標模型的自適應成像方法

有效

• 申請號: 201410014739.8
• 申請日: 2014-01-13
• 公開（公告）號: CN103777205A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 晏磊;王明志;林沂;戎志國;譚翔;胡秀清;楊鵬;李元;劉颯
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙) 11200
• 代理人: 余長江

技術領域

本發明屬于遙感影像成像技術領域，具體涉及一種基于遙感影像DN值多元參量定標模型的自適應成像方法。

背景技術

可見光遙感成像載荷以太陽輻射為輻射源，太陽輻射經大氣吸收和散射之后到達地表，地表的各種覆蓋類型對不同的太陽輻射波長存在著不同的吸收和反射率，地物的反射光再經過大氣的吸收和散射作用最后到達成像系統的入瞳處，經成像系統的光學系統和電子學系統轉化為一幅遙感影像。在這個過程中太陽高度角和方位角、大氣中各類吸收氣體含量（主要是水汽和臭氧含量）和狀態、大氣氣溶膠的類型和含量、地表覆蓋類型和二向反射特性、傳感器的高度角和方位角、傳感器的光學傳遞函數和噪聲等都是影響最終獲取的遙感影像的質量的重要因素，而遙感影像的質量直接決定了后端應用的精度和水平。

可見光遙感成像過程中不同的大氣和氣溶膠參數，不同的地物覆蓋類型對應的不同反射率，不同的太陽輻射強度都會影響成像系統入瞳的輻亮度；而成像系統最終輸出的DN值（Digital?Number）受入瞳輻亮度、積分時間和電子學增益的影響。為了得到亮度分布一致的高質量遙感影像，成像系統必須能夠根據入瞳輻亮度的變化適時地調整成像系統的積分時間和電子學增益，從而使成像系統輸出DN值保持在一定的范圍內。

發明內容

本發明根據可見光遙感成像過程中的太陽輻射能量的傳輸和轉化過程，建立成像系統電子學參數與遙感圖像的定量數學關系，為成像系統電子學參數的調節提供定量的依據，從而根據成像區域的不同、地物覆蓋類型的不同、觀測幾何的不同動態地調整成像系統成像參數。這種針對可見光遙感成像系統的控制和調節過程是可見光遙感自適應成像的過程。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于遙感影像DN值多元參量定標模型的自適應成像方法（或者稱為自適應成像控制方法），其步驟包括：

1）根據可見光遙感成像過程中的太陽輻射能量的傳輸和轉化過程，建立成像系統電子學參數與遙感圖像的定量數學關系；

2）獲取遙感成像系統相對于地球的位置和姿態參數，根據小孔成像模型計算得到每一景遙感影像對應的地表區域（即計算成像區域）；

3）獲取成像區域地物覆蓋類型、地物反射光譜以及成像區域上空大氣和氣溶膠參數，進而根據輻射傳輸方程計算該成像區域對應的入瞳輻亮度；

4）對每一景遙感影像的入瞳輻亮度進行排序得到最大的入瞳輻亮度值，并通過成像系統調節成像參數使其不超過成像系統最大輸出圖像DN值，然后驅動成像設備獲取遙感影像。

進一步地，所述成像系統電子學參數與遙感圖像的定量數學關系，包括求出入瞳輻亮度L與遙感圖像的DN（Digital?Number）值之間的數學關系。實驗室內的輻射定標主要是使用標準的輻射源對成像系統的入瞳輻亮度與成像系統輸出DN值之間的關系進行標定。標準輻射源通常使用輸出亮度可變且已知的積分球，用積分球照射成像設備的孔徑，獲取成像系統的輸出DN值，然后使用線性回歸的方法求出入瞳輻亮度與DN值之間的線性回歸系數：DN=kL+g，其中k、g為成像系統的固有參數。對于遙感自適應控制，由于系統的積分時間和電子學增益都是可變的，因此在室內輻射定標過程中需要標定成像系統的輸出圖像DN值與系統的積分時間、電子學增益之間的定量關系。根據成像系統能量轉換關系可知，成像系統輸出的圖像DN值與積分時間和電子學增益也是線性關系。因此，在遙感自適應控制中的實驗室輻射定標過程中需要標定以下函數關系：

DN=aTGL+b，

其中T為成像系統的積分時間，G為成像系統電子學增益，L為入瞳輻亮度，a、b是成像系統的固有參數，不同的成像系統，該參數也不同，需通過實驗室標定求出。

進一步地，所述自適應成像方法，包括為了使得每一種地物覆蓋類型反射的太陽輻射能量都能夠被遙感成像系統正確轉化為遙感影像，同時不能使各地物覆蓋類型所對應的遙感影像不飽和，必須對每一景遙感影像的各地物覆蓋類型得到的入瞳輻亮度進行排序，找到最大的入瞳輻亮度值，并通過成像系統參數調節使其不超過成像系統最大輸出圖像DN值。在一塊地表區域中可能存在多種地物覆蓋類型，而每一種地物覆蓋類型所對應的入瞳輻亮度均不相同，為了確定成像系統的成像參數，必須建立參數調節機制。地表覆蓋類型可以分為陸地、植被、沙漠、冰雪、水體和人工建筑六種類型，在可見光波段冰雪的反射率最高，沙漠次之，陸地、植被和人工建筑的反射率居中，而水體的反射率最低。