[發明專利]一種面向田塊尺度作物生長監測的遙感影像時空融合方法

有效

• 申請號: 201811312555.4
• 申請日: 2018-11-06
• 公開（公告）號: CN109523498B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 程濤;江佳樂;姬旭升;姚霞;田永超;朱艷;曹衛星
• 申請（專利權）人: 南京農業大學
• 主分類號: G06T5/50
• 分類號: G06T5/50;G06N3/00
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 莫英妍;徐冬濤

本發明提出一種面向田塊尺度作物生長監測的遙感影像時空融合方法，包括以下步驟：步驟1：獲取一對準同步中高分辨率衛星影像及一景待融合的中分辨率影像并進行預處理；步驟2：利用二維高斯函數和粒子群優化算法，構建空間尺度匹配濾波函數；步驟3：基于濾波處理后的兩景中分辨率影像，以像元為處理單元，計算中分辨率影像獲取時間間隔內的光譜變化速率；步驟4：將高分辨率影像逐像元乘以對應的光譜變化速率，生成待融合中分辨率影像對應時間的高分辨率影像。本發明的方法操作步驟簡單、運算速度快、融合精度高，適用于農業生產規模小、田塊較小的作物種植區，為實現區域性精細田塊尺度下的作物動態長勢監測提供技術支撐。

技術領域

本發明屬于多源遙感數據融合領域，尤其是一種面向田塊尺度作物生長監測的遙感影像時空融合方法。

背景技術

基于衛星遙感技術的田塊尺度作物生長監測對于有效實施精確作物管理至關重要。然而，目前仍缺乏既具備高空間分辨率、又具備高時間分辨率的遙感影像，以滿足田塊尺度作物生長動態監測的需求。一方面，由于復雜的地理條件以及作物生產規模普遍偏小等原因，我國(尤其是長江中下游)的田塊破碎化程度高，田塊面積較小，導致用中低空間分辨率遙感影像難以識別不同田塊，不同田塊間的作物類型、種植方式、生育期等可能存在較大差別；另一方面，受重訪周期、云雨氣候、影像購買成本等影響，在作物生長期內能夠獲取到的有效高空間分辨率影像有限，難以實現作物長勢的連續動態監測。因此，為滿足大范圍、高精度、快速變化的田間作物長勢監測對高時空分辨率遙感數據的需求，解決目前遙感數據獲取能力不足的問題，迫切需要發展一種面向田塊尺度作物生長監測的遙感影像時空融合算法。

面向田間作物監測，必須考慮作物種植區的空間異質性。雖然已有相關研究提出了適用于異質地表環境的時空融合算法，但這些方法均假設所有混合像元中同一組分在多源影像覆蓋時段的光譜變化率是一致的，即僅考慮了不同類別間(如小麥與其他地表覆蓋類別間)的異質性。然而，由于作物所處生育期、生產管理方式、品種等因素的差異，即使同一類作物的生長速率也必然存在差異。若假設屬于同一作物所有像元的光譜變化率相同，則削弱了作物的光譜差異和空間變異。

時空影像融合誤差的主要來源是多尺度遙感影像的空間匹配誤差。其中，幾何配準誤差對像素級算法的融合精度影響甚大，而絕大多數時空融合模型都屬于像素級算法。現有算法通常在遙感數據預處理過程中自動或手動進行幾何配準，但并不能完全消除幾何配準誤差。另外，雖然傳感器的點擴散函數效應也會導致多源遙感影像之間的空間匹配誤差，現有方法往往忽略了點擴散函數對時空融合精度的影響。已有研究表明，即使微小的空間匹配誤差也會在融合過程中產生顯著的偏差。

發明內容

本發明所解決的技術問題在于提供一種面向田塊尺度作物生長監測的遙感影像時空融合方法，解決構建過程中存在的技術問題，最終得到一組適用于小生產規模作物種植區的高時空分辨率衛星影像數據集，為實現區域性精細田塊尺度下的作物(以小麥為例)動態長勢監測提供數據支持。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種面向田塊尺度作物生長監測的遙感影像時空融合方法，具體包括以下步驟：

步驟1：獲取一對準同步的中高分辨率影像及一景獲取自作物生長季內且不同于中高分辨率影像對的獲取時間的待融合中分辨率影像，并對上述影像進行預處理，其中，準同步指的是獲取的時間差不超過5天；

步驟2：基于預處理后的中高分辨率影像對，利用二維高斯函數和粒子群優化算法，構建空間尺度匹配濾波函數，并應用于兩景中分辨率影像，兩景中分辨率影像分別是與高分辨率影像獲取時間準同步的中分辨率影像以及待融合中分辨率影像；

步驟3：基于濾波處理后的兩景中分辨率影像，以像元為處理單元，計算中分辨率影像獲取時間間隔內的光譜變化速率；

步驟4：將高分辨率影像逐像元乘以對應的光譜變化速率，生成待融合中分辨率影像對應時間的高分辨率影像。