[發明專利]一種地表類型數據支持的遙感圖像云陰影檢測方法

在審

• 申請號: 201810793545.0
• 申請日: 2018-07-19
• 公開（公告）號: CN109101894A
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發明（設計）人: 吳昊;周雪瑩;于會泳
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 種艷麗

1.一種地表類型數據支持的遙感圖像云陰影檢測方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1：地表晴空像元庫與陰影像元庫的構建；

在全球選取耕地、森林、草地、灌木、濕地、人造地表以及裸地樣本，構建晴空像元庫和云陰影像元庫；選取虛陰影樣本，保證閾值模擬和概率計算時虛陰影識別的正確率；

步驟2：最優波段的選取；

根據建立的先驗像元庫，模擬各個閾值范圍所對應的陰影像元正確率和誤判率，若某波段滿足較高陰影正確率的同時還有較低的誤判率，則選取該波段作為檢測波段之一；

步驟3：云陰影概率圖的生成；

云陰影概率圖生成是利用各地表類型先驗地表庫計算各個波長處的云陰影概率，將得到的結果以S函數擬合出云陰影概率計算公式；地物需要多個波段進行檢測，分別以每個波段擬合的函數的標準誤差作為權重加權合成最終云陰影概率結果，同時得到云陰影二值結果；

具體包括如下步驟：

步驟3.1：陰影像元正確率和晴空像元誤判率同時為0時閾值的最大值為MIN₁，同時為1時閾值的最小值為MAX₁，表達式如下，其中SCR表示陰影正確率，FR表示晴空錯判率，T表示閾值：

MΙN₁＝T_{max{SCR＝0,FR＝0}} (1)；

MΑX₁＝T_{min{SCR＝1,FR＝1}} (2)；

當閾值T∈[MIN₁，MAX₁]時，在該范圍內以0.001為間隔依次遍歷N個區間，統計計算每個0.001范圍區間內云陰影概率，取每個區間右端值為該區間的閾值，因此得到每一閾值處對應云陰影概率，第i個區間云陰影概率計算如下：

其中，N_shadow表示落在[MΙN₁+(i-1)×0.001,MΙN₁+i×0.001]內陰影像元的個數，N_total表示該區間內像元總個數，由此，計算出區間內陰影占所有像元的比例，進而得到了某一閾值處對應云陰影的概率值；

步驟3.2：根據公式(5)，計算得到基于地表類型支持的云陰影概率；

在此計算中，記概率為1時對應最大的一個閾值為MIN，概率為0時對應的一個最小閾值為MAX，當影像像元值小于MIN時，云陰影的概率為1，像元值大于MAX時，云陰影概率為0；當閾值在MIN和MAX之間時，根據統計，各個閾值對應的云陰影概率會呈現一定趨勢，據統計該云陰影概率擬合效果最佳的函數為Sigmoid函數，該函數由以下公式定義：

經擬合統計，基于各地表類型所選最優波段，分別進行以上云陰影概率的模擬統計，得到單波段S型曲線擬合系數、擬合優度以及標準誤差；

總云陰影概率計算公式，如公式(6)所示；

其中，a、b和x₀分別為S型函數的擬合系數，n為地表類型i所需波段數，W_i,j為地表類型i的j波段的權重；ρ_i,j為遙感影像表觀反射率，通過公式(5)計算出在地表類型i的j波段云陰影概率；當表觀反射率低于MIN時，云陰影概率為1，認為該像元確定為陰影像元；當表觀反射率高于MAX時，云陰影概率為0，則認為該像元為晴空像元；

步驟3.3：根據公式(6)，計算得到各最佳波段的加權合成，最終得到云陰影檢測概率結果。

2.根據權利要求1所述的地表類型數據支持的遙感圖像云陰影檢測方法，其特征在于：在步驟1中，構建地表晴空像元庫與陰影像元庫時，必須滿足以下條件：

首先，像元庫中的像元須保證其中的像元為陰影或晴空且二者數量接近，當陰影上方有薄云覆蓋時，不宜選取為像元庫像元，保證像元庫的正確性；其次，像元庫必須保證有足夠多有代表性的樣本；最后，樣本的選取需要考慮陰影的類型。

3.根據權利要求1所述的地表類型數據支持的遙感圖像云陰影檢測方法，其特征在于：在步驟2中，為了找到每種地物的最佳波段選擇，根據建立的先驗像元庫，以反射率從0到1以0.01為間隔變化，隨閾值的變化分別計算對應像元庫里的陰影像元正確率和晴空像元誤判率；陰影像元正確率為陰影像元正確個數與陰影像元總個數的比值；晴空像元誤判率為誤判為陰影的晴空像元個數與晴空像元總個數的比值；

當某一地表類型存在符合陰影像元正確率和晴空像元誤判率均分別高于0.95、低于0.1條件的閾值，則將此波段列入該地表類型的最佳波段之一。