[發明專利]一種無人機高光譜影像輻射定標方法

有效

• 申請號: 202210708892.5
• 申請日: 2022-06-22
• 公開（公告）號: CN114778463B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 王智慧;孫中宇;耿守保;楊龍;溫美麗
• 申請（專利權）人: 廣東省科學院廣州地理研究所
• 主分類號: G01N21/27
• 分類號: G01N21/27;G01J3/28;B64C39/02;G01N21/17
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 楊可維;勞劍東

本發明公開一種無人機高光譜影像輻射定標方法，包括以下步驟：將第一太陽輻射數據重采樣到高光譜影像數據的中心波長，并輸出重采樣后的太陽輻射光譜，定義為第二太陽輻射數據；將第二太陽輻射數據的獲取時間信息和高光譜影像數據的獲取時間信息進行匹配，得到高光譜影像數據中每幅高光譜影像最匹配的太陽輻射光譜，并定義為第三太陽輻射數據；根據第二太陽輻射數據和第三太陽輻射數據，計算標準白板高光譜影像DN值到太陽輻射光譜DN值的影像轉換系數，對高光譜影像數據中每幅高光譜影像進行輻射定標。本發明通過利用無人機飛行過程中同步觀測的太陽輻射光譜，針對畫幅式高光譜相機每個像元分別進行校正，實現高光譜遙感影像的同步輻射定標。

技術領域

本發明涉及植被遙感監測技術領域，尤其涉及一種無人機高光譜影像輻射定標方法。

背景技術

高光譜成像光譜儀能夠同時提供二維影像信息和光譜信息，具有“圖譜合一”的特性，其影像也常被稱為數據立方體，因能提供豐富的窄波段信息從而具有探測巖礦、土壤、水體和植被等地表目標精細光譜信息的優勢。

自20世紀80年代以來，機載成像光譜儀技術逐步成熟，被應用于多個領域的研究，從早期美國的AIS和AVIRIS、加拿大的CASI、我國的OMIS，后來發展到澳大利亞的HyMap、HySpex和美國的GAO，以及近些年美國的NEON AOP等。機載成像光譜儀能夠獲取高信噪比、高空間分辨率（如1m）的影像數據，但是其成本較高難以廣泛應用。星載成像光譜儀包括早期的Hyperion，最新的例如日本的HISUI，意大利的PRISMA以及我國的高分-5號等，其幅寬大，成本高，信噪比較低，數據空間分辨率較低，大多為30m左右，對于大尺度的研究具備明顯優勢，但是對于區域景觀尺度的研究空間分辨率仍然較低，尤其對于樹冠或者個體尺度的研究，由于混合像元等問題導致難以開展研究。

無人機搭載成像光譜儀為這方面的研究提供了機遇，該技術具有機動靈活、高空間分辨率以及低成本的優勢。隨著輕小型無人機和成像光譜儀的發展，其體積、重量和成本都大幅度降低，為小尺度的研究提供了可能。Cubert S185的重量僅470g，能夠放置于無人機平臺進行飛行采集數據，其電池續航與無人機自身電池相當，能夠完成三十分鐘左右景觀尺度的高光譜影像采集工作。另外，S185為畫幅式光譜成像儀，具有精確快速獲取所有光譜通道進行成像的優勢，能夠有效避免線掃式光譜儀幾何配準存在的相關問題，后續處理也相對簡單，能將目前針對RGB相機數據的處理方法遷移至S185，完成影像的拼接鑲嵌等處理。

無人機高光譜遙感影像的獲取時間通常為當地夏季時間10點30分至14點30分，期間太陽高度角較高，能夠有效減少地物陰影的影響，同時由于中午太陽輻射較強，有助于提高影像信噪比。目前，S185在北方地區應用較多，且多集中在農業領域，鮮有針對南方山地森林生態系統的研究，實際上，這種地區更需要也更能發揮無人機遙感的優勢，也即非接觸獲取傳統野外測量難以到達區域的數據。

在南方地區的夏季，尤其是在丘陵地帶和山區，由于溫度較高，對流強烈，比較常見的是晴間多云天氣，完全晴天的概率很小，難以獲取完整晴天條件下的影像，導致數據的一致性和精確度性均存在較大不確定性。同時，S185的輻射定標通常在起飛前通過標準白板進行，一旦飛行過程中有云經過，前期標準白板測量的輻射值將不再適用，導致后續輻射定標數據出現偏差和錯誤。因此，有必要發展一種高光譜影像同步輻射定標的方法，確保輻射定標的精確度，并提高數據成功獲取的機會，保證南方地區晴間多云地區能夠獲取完整高質量的高光譜影像數據，促進森林生態系統結構、功能和服務等領域的深入研究。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種無人機高光譜影像輻射定標方法，主要解決在多云條件下現有的輻射定標方法會產生數據偏差和錯誤的問題。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

一種無人機高光譜影像輻射定標方法，包括以下步驟：

無人機搭載高光譜成像光譜儀獲取實驗區的高光譜影像數據；