应用于林火热点判别的AVHRR传感器多时相红外辐射归一方法技术

本发明专利技术涉及一种林火热点判别的AVHRR传感器多时相红外辐射归一方法，包括如下步骤：剔除云体影响像元；计算NDVI值，提取植被面积；将AVHRR传感器红外数据进行辐射定标；选择参考的红外影像数据与待归一的红外影像数据进行曲线拟合，获取红外辐射归一化参数，确定红外辐射归一化模型，形成新的红外辐射归一化影像图。通过本发明专利技术的归一化方法，解决AVHRR传感器红外通道不同时相的辐射差异问题，建立辐射标准，构建AVHRR传感器多时相红外辐射归一化模型。本发明专利技术建立的红外辐射归一化模型能较好地消除辐射差异影响，弥补卫星传感器的时间差异性，提高AVHRR传感器红外辐射对地物变化监测的准确度。

Multi temporal infrared radiation normalization method of AVHRR sensor applied to forest fire hot spot discrimination

The invention relates to a multi-temporal infrared radiation normalization method of AVHRR sensor for forest fire hot spot discrimination, which includes the following steps: removing cloud influence pixels; calculating NDVI value and extracting vegetation area; radiometric calibration of infrared data of AVHRR sensor; selecting reference infrared image data and infrared image data to be normalized. The normalized parameters of infrared radiation are obtained by curve fitting, and the normalized model of infrared radiation is determined to form a new normalized image of infrared radiation. By the normalization method of the present invention, the problem of the radiation difference of the infrared channel of the AVHRR sensor in different time phases is solved, the radiation standard is established, and the multi-time infrared radiation normalization model of the AVHRR sensor is constructed. The normalized model of infrared radiation established by the invention can better eliminate the influence of radiation difference, make up for the time difference of satellite sensor, and improve the accuracy of infrared radiation monitoring of AVHRR sensor for ground object change.

【技术实现步骤摘要】
应用于林火热点判别的AVHRR传感器多时相红外辐射归一方法
本专利技术涉及林火监测
，尤其涉及一种应用于林火热点判别的AVHRR传感器多时相红外辐射归一方法。
技术介绍
遥感对地观测已有几十年的观测历史，由于星载或机载平台使用的传感器不同，所以获取的影像数据具有不同的几何、辐射及时像特性。现有的遥感卫星遍及气象、资源、海洋、环境减灾等各项应用，已经实现了相关领域的产业发展，与此同时积累了多年的遥感数据，记录着地表及大气的变化。充分利用这些宝贵的历史资源，对于全球气候研究、经济社会的发展及人类文明的进步有着重大的历史意义。对传感器进行高精度的辐射定标是生产定量化遥感产品的基础，对于不同平台的数据，如何实现多平台遥感数据之间的跨平台使用，是近些年来遥感数据发展的新方向。有效地利用这些历史观测数据，需要解决对历史数据进行再定标问题，形成大量归一化后的数据，使传感器的遥感数据归一化到同一个辐射基准上(即多源辐射归一化)，这样既可以使卫星遥感探测资料在不同平台的传感器之间进行转换，及时弥补同一类型传感器某个区域数据的缺失，这对遥感数据应用具有重大意义。采用同一传感器监测地物并在判断变化时，更加要求多时相影像来自于同一传感器，使得监测更具有连续性，然而，同一传感器监测地物的时候并不能满足研究者们的要求，所以只能采用不同传感器来监测。各传感器情况如下：(1)重返周期的不一致。中分辨率成像光谱仪MODIS每1～2天观测地球，一天观测四次分为上午和下午。第三代实用中分辨率观测气象卫星NOAA一天两次，配有夜间观测通道。中国风云气象卫星一天扫描两次。由于各传感器在时间上监测的不连续，导致监测效果不佳；(2)天气条件的变化。在某时刻由于地域原因，经常出现云及阴影的影响，在影像成像过程中，导致地物信息的缺失，采用单一传感器无法实时监测地物变化。如果，当时相1受到云的影响无法使用时，在这种情况下，可以考虑获取时相2来自另一传感器的无云影像。实现连续不间断的监测；(3)卫星运行寿命的限制。每颗人造地球卫星向天空发射到在轨运行停止工作都有一定的使用寿命，基于使用的限制，在使用过程会出现传感器辐射差异成像问题，导致监测效果不佳。结合不同传感器的监测时间和作用，可以将辐射波段数据进行归一，实现不同传感器多时相辐射归一。此前，遥感辐射归一化应用较多的仍然是针对中低分辨率的基于像元的相对辐射归一化方法。近年来，随着航天遥感技术不断发展，遥感影像空间分辨率不断提高，不同遥感传感器的高分辨率遥感影像的相对辐射归一化方法受到了越来越多的关注。虽然有一些方法能够取得较好的效果，但也存在很多的不足，因此，需要一种能进一步提高辐射归一化效果的方法。
技术实现思路
根据本专利技术的目的，提供一种应用于林火热点判别的AVHRR传感器多时相红外辐射归一方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：剔除云体影响像元；计算NDVI值，提取植被面积；将不同传感器红外数据进行辐射定标；选择参考的红外影像数据与待归一红外影像数据进行曲线拟合，获取红外辐射归一化参数，确定红外辐射归一化模型，形成新的红外辐射归一化影像图。所述传感器数据为AVHRR传感器红外辐射数据。所述的多时相红外辐射归一包括对AVHRR传感器红外数据进行归一化；基于AVHRR的红外波段特性，选择地表温度值进行归一化。优选地，基于AVHRR传感器多时相红外辐射归一时，首先通过反射率设置阈值，识别云体、水体，并对识别出的云、水像元进行剔除，根据NDVI选取全部植被覆盖像元；将AVHRR红外通道影像数据通过劈窗算法得到地表温度。进一步地，根据多时相影像之间存在比较强的线性关系，采用典型相关分析建立AVHRR传感器红外辐射归一模型，具体过程如下：两幅影像图的具有n个通道影像x＝[x1……xn和y＝[y1……yn]，形成两组线性组合，即：a1x1+a2x2+...+anxn＝aTx＝Ub1y1+b2y2+...+bnyn＝bTy＝V其中，t1和t2时间的影像可表示为x＝[x1,x2,x3...xn]T，y＝[y1,y2,y3...yn]T，a＝[a1,a2,a3...an]T，b＝[b1,b2,b3...bn]T，得到典型变量之间的相关系数为：假设两组影像数据相关性高时，满足下面的条件：var(u,v)＝aT∑xya＝bT∑xyb得到：ρ＝aT∑xyb＝max为了解决极值问题，引入拉格朗日乘数，根据计算影像x，y典型变量差MAD和方差得到：MADi＝Ui-Vii＝1,2,3……nvar＝MADi＝var(ui,vi)＝2(1-ρi)典型变量数据筛选公式如下：其中，t为阈值；假设成立时，归一后的MAD的变量差和方差和的值均满足卡方分布。优选地，AVHRR地表温度值归一化流程如下：(1)利用反射率1，2波段进行归一，设定阈值进行云水检测，剔除云水像元，获取植被像元；(2)选取百分之六十的参考红外影像数据和待归一的红外影像数据进行散点回归，计算两幅影像的典型变量；(3)根据阈值t进行样本选点，设置ρ值；(4)根据阈值选取样本点，用最小二乘法对新的红外影像图进行回归运算，得到归一化后的红外影像图。本专利技术在建立多时相红外辐射归一化模型时，确定了红外辐射归一化参数，并且结合数学模型和抽样方法，建立了AVHRR传感器红外辐射归一化模型，应用归一化模型平分大气辐射误差，减少来自同一传感器不同时相的红外辐射差异。附图说明图1为云检测剔除图；图2为AVHRR红外辐射归一化拟合结果；图3为AVHRR传感器多时相红外辐射归一化林火热点识别。具体实施方式用遥感手段监测林火热点时，AVHRR传感器具有高空间分辨率和覆盖范围广，在接收林火热点能量时，通道3具有敏感的特性，能够快速监测林火热点，但饱和温度较低时，3通道容易饱和造成虚假林火热点的产生，时间上很难再次进行判断。而MODIS较高的时空分辨率和光谱分辨率能够弥补AVHRR传感器本身的缺陷，且结合VIRR气象卫星数据统一建立林火热点判断基准，能够提高林火热点的识别精度。因此，需要构建辐射归一模型，主要分为两部分：多时相红外辐射归一和不同传感器的红外辐射归一。在多时相红外辐射归一化上，分别建立MODIS、AVHRR、VIRR传感器多时相红外辐射归一化模型，针对三个不同传感器的红外辐射归一化模型，进行参数的确定和结果精度检验。本专利技术研究AVHRR传感器的多时相红外辐射归一。AVHRR传感器多时相红外辐射归一辐射归一化的目的在于消除云层、水体、光照对辐射的影响，校正传感器偏差，提高辐射归一化精度。在红外辐射归一化方法中，首先剔除云体影响像元，计算NDVI值提取植被面积。获取AVHRR传感器红外数据并进行辐射定标，将热红外数据进行劈窗算法得到地表温度数据。通过反射率设置阈值，识别云体、水体，并对识别出的云、水像元进行剔除。通过重分类将地物分类成陆地、森林植被、水体。选取参考的红外影像数据与待归一红外影像数据进行曲线拟合，获取红外辐射归一化参数，确定红外辐射归一化模型，形成新的红外辐射归一化影像图。云水剔除在进行AVHRR传感器多时相红外辐射归一化前，需在剔除云水干扰像元的前提下对云进行检测，根据各传感器的影像在可见光波段的反射率和热红外波段的亮温进行云的区分，将有云像元采用相近时相影像的相对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于林火热点判别的AVHRR传感器多时相红外辐射归一方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：剔除云体影响像元；计算NDVI值，提取植被面积；将不同传感器红外数据进行辐射定标；选择参考的红外影像数据与待归一的红外影像数据进行曲线拟合，获取红外辐射归一化参数，确定红外辐射归一化模型，形成新的红外辐射归一化影像图；所述传感器数据为AVHRR传感器红外辐射数据。所述的多时相红外辐射归一包括对AVHRR传感器的红外数据进行归一化；基于AVHRR的红外波段特性，选择地表温度进行归一化。

【技术特征摘要】
1.一种应用于林火热点判别的AVHRR传感器多时相红外辐射归一方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：剔除云体影响像元；计算NDVI值，提取植被面积；将不同传感器红外数据进行辐射定标；选择参考的红外影像数据与待归一的红外影像数据进行曲线拟合，获取红外辐射归一化参数，确定红外辐射归一化模型，形成新的红外辐射归一化影像图；所述传感器数据为AVHRR传感器红外辐射数据。所述的多时相红外辐射归一包括对AVHRR传感器的红外数据进行归一化；基于AVHRR的红外波段特性，选择地表温度进行归一化。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于AVHRR传感器多时相红外辐射归一时，通过反射率设置阈值，识别云体、水体，并对识别出的云、水像元进行剔除，根据NDVI选取全部植被覆盖像元；将AVHRR红外通道影像数据通过劈窗算法得到地表温度。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据多时相影像之间存在比较强的线性关系，采用典型相关分析建立AVHRR传感器红外辐射归一模型，具体过程如下：两幅影像图具有n个通道影像x＝[x1……xn]和y＝[y1……yn]，形成两组线性组合，即：a1x1+a2x2+...+anxn＝aTx＝Ub1y1+b2y2+.....

【专利技术属性】
技术研发人员：张贵，周璀，肖化顺，杨志高，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43