[發(fā)明專(zhuān)利]林區(qū)機(jī)載推掃式高光譜影像的BRDF歸一化校正方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711429219.3
• 申請(qǐng)日: 2017-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108132220B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 莢文;龐勇;鞠洪波;李增元
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院資源信息研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/25
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/25;G01N21/55;G01N21/3563;G01N21/359;G06T5/00
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11139
• 代理人: 孫皓晨

本發(fā)明提供了一種針對(duì)起伏地形的林區(qū)機(jī)載推掃式高光譜影像的BRDF歸一化校正方法，利用機(jī)載推掃式高光譜設(shè)備觀測(cè)視場(chǎng)和飛行姿態(tài)信息以及數(shù)據(jù)采集時(shí)刻的太陽(yáng)位置計(jì)算出影像像元基于平面的太陽(yáng)?觀測(cè)幾何，再基于高精度DEM數(shù)據(jù)提取對(duì)應(yīng)像元的坡度和坡向信息，將像元的基于平面的太陽(yáng)?觀測(cè)幾何旋轉(zhuǎn)到真實(shí)太陽(yáng)?觀測(cè)幾何，對(duì)分類(lèi)后的影像數(shù)據(jù)提取各地物類(lèi)型的像元構(gòu)成多角度觀測(cè)反射率數(shù)據(jù)集并依據(jù)真實(shí)太陽(yáng)?觀測(cè)幾何構(gòu)建BRDF模型。最后采用乘法歸一化因子，將影像內(nèi)多個(gè)角度的方向反射率歸一化到指定的某個(gè)觀測(cè)?太陽(yáng)角度的反射率。本發(fā)明能有效校正起伏地形的林區(qū)機(jī)載推掃式高光譜影像的BRDF效應(yīng)，對(duì)后續(xù)影像的定量研究具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及林業(yè)信息化領(lǐng)域，具體而言，涉及一種針對(duì)起伏地形的林區(qū)機(jī)載推掃式高光譜影像的二項(xiàng)反射分布函數(shù)(BRDF)歸一化校正方法。

背景技術(shù)

自20世紀(jì)70年代以來(lái)，遙感技術(shù)的應(yīng)用巨幅提升了人們對(duì)地物的探測(cè)能力并有條件對(duì)其開(kāi)展深入的定量分析。地物的各項(xiàng)異性反射是自然界的宏觀現(xiàn)象之一，具體表現(xiàn)為其表面反射隨著入射輻射方向以及觀測(cè)角度的改變而發(fā)生變化。地物的多角度觀測(cè)現(xiàn)象會(huì)引起輻射失真，制約著對(duì)地物固有的反射屬性的準(zhǔn)確描述。對(duì)地物的反射特性展開(kāi)二向反射分布函數(shù)(Bidirectional Reflectance Distribution Function，BRDF)研究，是定量遙感領(lǐng)域中重要的組成部分。

遙感影像中常見(jiàn)的同一地物表現(xiàn)出不同反射率的現(xiàn)象，主要由于寬傳感器觀測(cè)視場(chǎng)角以及觀測(cè)區(qū)域的地形起伏等原因造成的對(duì)該地物進(jìn)行了多角度地觀測(cè)。觀測(cè)視場(chǎng)角越大，觀測(cè)區(qū)地形起伏變化越大，影像中地物的二項(xiàng)反射特性越明顯，即影像中地物的反射率隨著不斷變化的觀測(cè)角度而產(chǎn)生相應(yīng)變化。星載MODIS遙感影像采用AMBRALS(algorithmfor MODIS bidirectional reflectance anisotropies of the land surface)算法對(duì)寬視場(chǎng)角帶來(lái)的地物二項(xiàng)反射問(wèn)題進(jìn)行校正。而對(duì)于起伏地形的林區(qū)影像，由于坡度、坡向引起的像元太陽(yáng)-觀測(cè)幾何等輸入?yún)?shù)的變化，主要適用于平坦地形BRDF校正的AMBRALS算法已無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際需求。對(duì)于起伏地形的林區(qū)影像的輻射校正，通常采用基于經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型的方式。然而統(tǒng)計(jì)模型的參數(shù)是依據(jù)單景影像內(nèi)地物分布情況而確定，模型參數(shù)極大依賴(lài)于輸入影像的統(tǒng)計(jì)信息并非基于地物真實(shí)的物理輻射特性，因此基于經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型的技術(shù)方法極大地制約了模型的應(yīng)用拓展性。

機(jī)載推掃式高光譜影像具有高空間分辨率(＜5m)和高光譜分辨率(＜10nm)的特性，能對(duì)地物信息進(jìn)行更詳細(xì)和精準(zhǔn)地刻畫(huà)。機(jī)載數(shù)據(jù)的采集平臺(tái)高度一般高于當(dāng)?shù)仄骄０?00-2000m，遠(yuǎn)低于星載傳感器的采集高度，由于其寬視場(chǎng)角觀測(cè)導(dǎo)致的影像多角度效應(yīng)也將更加明顯；再加上起伏地形的干擾，極大地增加了準(zhǔn)確描述地物反射特性的難度。目前的機(jī)載推掃式影像的BRDF校正方法大多利用傳感器本身多角度觀測(cè)的特性，構(gòu)建多角度數(shù)據(jù)集，從而提取地物的BRDF特性進(jìn)行校正。但該方法無(wú)法對(duì)起伏地形的區(qū)域的影像獲取像元的真實(shí)太陽(yáng)-觀測(cè)幾何，所以仍局限于平坦地形。因此如何對(duì)起伏地形的林區(qū)機(jī)載遙感圖像進(jìn)行BRDF校正是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有的BRDF校正算法暫時(shí)無(wú)法依據(jù)機(jī)載推掃式高光譜設(shè)備的成像特點(diǎn)以及在起伏地形的林區(qū)的復(fù)雜成像環(huán)境下的輻射校正問(wèn)題。充分利用機(jī)載推掃式高光譜設(shè)備的寬視場(chǎng)角多角度觀測(cè)和地形起伏帶來(lái)的太陽(yáng)-觀測(cè)幾何變化等信息，重新計(jì)算影像中像元的真實(shí)太陽(yáng)-觀測(cè)幾何，構(gòu)建新型多角度影像數(shù)據(jù)集。新型多角度數(shù)據(jù)集將滿(mǎn)足現(xiàn)有的BRDF校正算法，由此可以解決起伏地形的林區(qū)機(jī)載推掃式高光譜影像的二項(xiàng)反射分布函數(shù)(BRDF)校正問(wèn)題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種針對(duì)起伏地形的林區(qū)機(jī)載推掃式高光譜影像的二項(xiàng)反射分布函數(shù)(BRDF)歸一化校正方法，包括以下步驟：