[發明專利]一種基于近場圖像的遠場遙感圖像轉化方法

在審

• 申請號: 202210257960.0
• 申請日: 2022-03-16
• 公開（公告）號: CN114693512A
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 諶德榮;趙亞倫;宮久路;劉邵榮
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;北京航宇天穹科技有限公司
• 主分類號: G06T3/00
• 分類號: G06T3/00;G06T3/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于近場圖像的遠場遙感圖像轉化方法。該方法包括：對近場高分辨率圖像進行像素級分割，得到目標區域地物材質類別信息和幾何結構信息；建立地物反射模型并以地物材質類別信息和幾何結構信息為輸入得到地面端元反射率信息；建立地物反射及大氣散射的耦合非線性混合模型，以地面端元反射率信息和太陽輻射作為輸入并結合遙感平臺輻射定標系數得到遠場遙感圖像；同時，基于近場相機輻射定標系數及地面實測數據反演地面端元反射率，并經上述耦合非線性混合模型及遠場平臺輻射定標系數得到遠場遙感圖像，與上述遠場圖像進行校準，完成遠場遙感圖像的轉化。本發明以近場圖像和太陽輻射作為輸入得到遠場遙感圖像，與現有遙感圖像仿真生成方法相比，本發明可實現無需地面目標區域的高精度三維數字模型，并同時能夠提高圖像轉化生成的質量和速度。

技術領域

本發明涉及計算機圖像處理領域，特別涉及一種基于近場圖像的遠場遙感圖像轉化方法。

背景技術

隨著遙感技術的不斷發展，在航天偵查等軍事需求的驅動下，遙感傳感器的空間分辨率不斷得到提升，加之衛星的飛行與拍攝不受國界和地理條件限制，能夠實現更加隨意有針對性的拍攝，航天衛星圖像的應用也越來越廣泛，尤其對于軍事戰場態勢評估、作戰決策等，鑒于衛星圖像回訪時間長、獲取困難、費用高等局限，高質量的近遠場圖像轉化對基于衛星圖像的相關研究具有十分重要的意義。

現有的遠場遙感圖像生成方法主要通過建立全鏈路仿真模型仿真生成。全鏈路仿真模型主要包括地面三維數字仿真模型、地物反射模型、大氣傳輸模型、遙感器成像模型等，通過建立三維數字仿真模型，并賦予幾何、材質等信息，繼而通過地物反射模型、大氣傳輸模型等仿真計算得到遠場遙感圖像，是衛星仿真圖像的重要獲取途徑。但在實際應用中存在如下局限：首先龐大的三維仿真模型存在細節不足及計算量大、仿真速度慢的問題，其次，地物反射模型多采用雙向反射分布函數，但實測光譜數據難以消除大氣下行輻射過程中的散射及臨近地物多次反射對入射光線的影響，導致仿真圖像真實性較差，當前的研究將地面作用和大氣作用分開考慮，簡化了問題，但未考慮地面作用和大氣傳輸過程的復雜耦合作用，使得研究意義具有一定的局限性。

發明內容

雙向反射分布函數可有效描述不同地物的反射特性，基于雙向反射分布函數建模，對入射輻射充分考慮大氣下行輻射過程的散射作用和地面臨近地物的反射作用，優化修正地物反射模型；同時，基于圖像處理算法，借助于近場高分辨率圖像的像素級分割、反演，可以實現在不需要三維數字場景模型的基礎上由近場圖像轉化為遠場遙感圖像。

(一)本發明要解決的技術問題

本發明提供一種基于近場圖像的遠場遙感圖像轉化方法。本方法是對當前遙感圖像仿真方法的改進和擴展，充分考慮大氣下行輻射過程的散射作用及臨近效應，優化雙向反射分布函數地物反射模型；考慮混合像元模型的耦合性，建立耦合非線性混合模型；借助近場圖像的分割、反演及校準，克服當前仿真質量差、速度慢等問題。

(二)本發明所采取的技術方案

一種基于近場圖像的遠場遙感圖像轉化方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)利用圖像分割方法對近場高分辨率圖像進行像素級分割，從而得到目標區域的地物材質類別信息和幾何結構信息；

(2)綜合考慮太陽入射輻射過程中的大氣散射作用和臨近地物反射效應，建立地物反射率模型，并以地物材質類別信息、幾何結構信息為輸入計算得到地面端元反射率信息；

(3)建立地面端元至遠場像元的耦合非線性混合模型，由地面端元反射率信息計算合成遠場入瞳處輻亮度，進而根據遠場遙感平臺的輻射定標系數，將輻亮度轉化輸出遠場遙感圖像；

(4)基于近場相機平臺的輻射定標系數及地面實測反射率數據，建立近場圖像與地面對應端元實測數據的映射關系并反演得到地面端元反射率信息，經由上述耦合非線性混合模型和遠場遙感輻射定標系數得到遠場遙感圖像，與步驟三中得到的遠場遙感圖像進行校準，完成最終遠場遙感圖像的轉化。