[發明專利]一種基于PCA變換的遙感反射率圖像反立體校正方法

在審

• 申請號: 201710048988.2
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN106897973A
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發明（設計）人: 王濤;顧麗娟;何福紅;吳孟泉;蔣衛國;張振華
• 申請（專利權）人: 魯東大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T5/20
• 代理公司: 煙臺雙聯專利事務所(普通合伙)37225
• 代理人: 矯智蘭

技術領域：

本發明涉及遙感技術領域，具體地講是一種基于PCA變換的遙感反射率圖像反立體校正方法。

背景技術：

經過60多年的發展，當代遙感技術已經被廣泛應用于資源、環境等領域。然而，在遙感圖像應用中，由于受太陽、大氣和地形等多種因素的影響，導致地表接收到的太陽輻射能量并不均一，進而導致遙感圖像中陰、陽坡地表的圖像輻亮度具有明顯差異。這種輻射亮度的差異，使得遙感圖像具有一定的立體感。然后，對北半球來說，由于資源衛星大多為太陽同步極軌衛星，傳感器成像時間為地方時九點半至十點半之間。該時刻成像，陽光從東南向射入，山脊兩側的南向坡形成光照面，北向坡為陰影面，而傳統的上北下南影像構圖方式，使得遙感圖像中陰影面位于光照面上方。由于人類視覺生理、心理特點和視覺習慣，遙感圖像中山脊陰影面位于光照面上方，表現為凹陷（溝谷）。這種視覺上立體感相反的現象，在北半球太陽同步軌道衛星圖像中是普遍存在的，被稱為反立體現象（Saraf et al., 1996; Rudnicki, 2000; Patterson, 2004，BoWu et al,2012），即在遙感圖像中，山脊表現為凹陷，而溝谷表現為凸起山脊。

遙感圖像中反立體現象的存在增加了判讀遙感圖像中的紋理信息的難度，因此，校正遙感影像的反立體現象，使圖像立體感符合視覺習慣，將有助于對遙感影像的解譯。導致反立體現象的因素主要有：地形陰影、太陽高度角、太陽方位角、觀察的角度以及山坡上的紋理等（Saraf et al., 2005）。目前反立體校正方法主要有圖像南北向旋轉法、像元值逆轉法、地形陰影圖SRM參與的色彩空間變換融合3類。

（1）圖像南北向旋轉法將影像旋轉180°，將上北下南的構圖變為上南下北顯示。該方法最簡單，且完整的保留了成像時刻的地物光譜信息，但由于構圖方向發生改變，使得圖像中東西向發生改變，導致圖像空間位置關系的倒轉，地物的幾何特征同傳統的識圖習慣不符，為圖像解譯帶來不便。（2）像元值逆轉法主要有兩種：直接逆轉原始影像像素DN值、以HIS正逆變換為基礎，逆轉色彩亮度I的像元值。這兩種方法都通過像素值的逆轉，將圖像中暗區，即陰影區，強制改變為亮色調，即光照面，使圖像中陰、陽面交換，實現正立體化。兩種算法忽視了圖像像元的光譜信息，因此，光譜信息損失很大。（3）地形陰影圖參與的色彩空間變換融合法顧及到遙感圖像中的反立體現象依賴于由成像時刻的太陽-目標-傳感器的幾何關系所導致照度分布特點及人類三維視覺感知習慣，利用外部DEM數據模擬正立體照度信息（太陽位于西北），基于HIS（或HSV）等色彩融合方法，改變原始RGB圖像中的亮度分量，以達到反立體現象的校正（Saraf et al., 1996，2004；章皖秋等,2010）。

方法（2）、（3）通過修改圖像像素灰度值來實現正立體校正，但均存在明顯的光譜信息損失。王濤等（2016）對傳統的參與的HIS融合法顧進行了改進，考慮到遙感圖像所表現出的反立體現象是受傳感器成像時刻太陽高度角、方位角、地表起伏程度及人類的三維視覺習慣共同作用的。因而，發明了“一種基于地表粗糙度和陰影模型的遙感圖像反立體校正方法”，該方法采用RGB和HSV色彩空間的變換，對地形起伏大的地表給予較高的權重，而對地形平坦的地表給予較低的權重，實現對遙感光學圖像反立體現象的校正。方法具有圖像光譜損失小且方法簡單的優點，但受限于RGB色彩空間和HSV色彩空間的變換技術，因而只能對光學遙感灰度值圖像進行反立體校正，無法應用于經過圖像光譜定量化預處理的圖像（即遙感反射率圖像）校正，并且采用的地表粗糙度標準化方法有待提高。

發明內容：

本發明的目的是克服上述已有技術的不足，而提供一種基于PCA變換的遙感反射率圖像反立體校正方法；主要解決現有基于融合法方法所存在光譜信息損失大、無法處理遙感反射率圖像的問題。

本發明的技術方案是：一種基于PCA變換的遙感反射率圖像反立體校正方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

a 對由搭載在航天、航空飛行器上的傳感器或遙感器所記錄的遙感數字灰度圖像進行輻射校正和大氣校正，獲得校正后的遙感反射率圖像；

b 對遙感反射率圖像和數字高程模型DEM數據進行配準，統一坐標系統為高斯-克呂格平面直角坐標系，并作重采樣和裁剪工作，使兩者具有相同的空間分辨率和圖幅范圍；

c 基于遙感反射率圖像，進行主成分變換PCA，獲得不相關各主成分數據；

d 根據遙感反射率圖像的成像時刻及圖像中心點經緯度坐標，計算成像時刻太陽方位角和太陽高度角；