在云雾干扰下遥感成像的仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种在云雾干扰下遥感成像的仿真方法。其步骤包括：1、初始化；2、如果p＝0，设定云层透过率t为0至1之间的常数，转向步骤6；否则，执行步骤3；3、如果p＝1，取传输介质衰减系数β为大于0的一个常数，并计算透过率t，转向步骤6；否则，执行步骤4；4、如果p＝2，将K个椭圆形区域的云层透过率ti叠加生成总的透过率t，然后转向步骤6；否则，执行步骤5；5、当输入的参数p不是0、1或2，不开展仿真；6、根据云层透过率t，计算并输出遥感仿真图像。本发明专利技术操作简便，不依赖于遥感成像的硬件系统，成本低，为研究单幅图像去云雾处理技术提供丰富的图片数据，便于验证和客观评价去云处理算法。

Simulation method of remote sensing imaging under cloud and fog interference

The invention discloses a remote sensing imaging simulation method under the interference of cloud and fog. The method comprises the following steps: 1, 2, initialization; if P = 0, setting the transmittance t is constant between 0 to 1, to step 6; otherwise, step 3; 3, if P = 1, the transmission medium attenuation coefficient beta is a constant greater than 0, and calculate the transmittance of T turn, step 6; otherwise, step 4; 4, if P = 2, K oval region the transmittance of Ti superimposed total transmittance of T, and then turned to step 6; otherwise, step 5; 5, when the parameters of the P input is not 0, 1 or 2, not to carry out simulation 6, according to the transmittance; t, calculation and Simulation of remote sensing image output. The method is easy to operate and does not rely on the hardware system of remote sensing imaging, and has low cost. It provides rich picture data for the research of single image cloud removal processing technology, and is easy to verify and objectively evaluate the de cloud processing algorithm.

【技术实现步骤摘要】
在云雾干扰下遥感成像的仿真方法
本专利技术属于遥感图像处理技术邻域，涉及一种使用计算机模拟受云雾干扰的遥感成像过程，生成遥感图像的技术。
技术介绍
云雾是对地遥感成像过程中的常见干扰源，使得遥感图像对比度低，景物不清晰。数字图像处理技术能有效减少遥感图像中云雾的影响，增强图像清晰度和可读性，降低重复采集目标图像的成本，应用灵活，成为遥感领域的研究热点。在众多去云雾处理方法中，单幅遥感图像去云雾方法只需一幅图像，图像采集成本低、周期短，效率高，灵活性强。然而由于不能直接获取云区内的景物信息，此类方法去云雾处理难度高。在单幅遥感图像去云雾处理研究中，由于缺少对应的无云清晰图像来参照，一般通过计算处理结果的平均亮度、梯度、熵、标准差等参数来客观评估单幅图像去云处理算法。但是，研究发现，这些参数值和主观评价结果往往不一致，甚至有很大差别，很难通过参数确定最佳的处理效果。为此，迫切需要研究遥感成像仿真方法，依据清晰的参照图像，产生有云雾覆盖的遥感图像，从而客观检验和正确评价去云处理算法。国外从上世纪90年代就开始研究遥感成像仿真方法。2001年，德国宇航中心研制了可用于仿真包括场景、大气及传感器在内遥感成像过程的应用软件SENSOR，在高光谱成象仪的在轨模拟和性能评测中发挥了重要作用。2002年，美国NASA开发了仿真传感器的ART软件和高光谱遥感仿真系统，用于生成多光谱或高光谱模拟图像。2004年，法国生物圈空间研究中心开发了DART传输模型，可根据三维场景和地物二向反射模型，按照大气条件、传感器系统要求，模拟生成可见光和近红外波段的遥感图像。美国罗彻斯特理工学院基于航空光学遥感器物理模型，开发了具有偏振成像仿真功能的DIRSIG(TheDigitalImagingandRemoteSensingImageGenerationModel)数字成像和遥感图像生成模型。在国内，中科院长春光机所和中科院安徽光机所分别开发了包含三维虚拟场景和传感器系统响应的遥感成像模拟仿真软件。福建师范大学林如强等将叶面积指数和大气辐射传输模型相结合，给出航天遥感图像模拟方法。中国科学技术大学黄红莲等提出基于空基偏振图像或强度图像来实现光学遥感偏振成像仿真的方法。西安电子科技大学黄晓敏等研究了机载可见光遥感系统成像物理特性，开展了机载可见光遥感系统成像的全链路仿真。以上研究成果均是通过仿真整个链路的成像过程，研究成像过程中外界和内在环节的各因素，实现优化设计遥感器，提高遥感产品的精度和使用价值。相关产品通常研发成本高，仿真计算量大，较少关注云雾干扰问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术目提供一种在云雾干扰下遥感成像的仿真方法。本专利技术的方法对选定的图片，通过计算机程序设计，在虚拟环境下，仿真遥感成像过程，生成受云雾干扰的遥感图像，为研究单幅图像去云雾处理技术提供丰富的图片数据，便于检验和客观评价去云处理算法。本专利技术的技术方案如下：在云雾干扰下遥感成像的仿真方法，包括如下步骤：步骤1：初始化：输入已知的一幅清晰无云雾的遥感图像J，和用于选择仿真云雾覆盖类型的参数p；选择太阳光入射强度L和云层衰减系数α为一常数，其中0<α<1；设图像J的像素数为M×N；步骤2：如果p＝0，那么设定云层透过率t为0至1之间的某个常数，转向步骤6，开展具有均匀云雾覆盖的遥感成像仿真；否则，执行步骤3；步骤3：如果p＝1，那么取传输介质衰减系数β为大于0的一个常数，并选择一个角度，计算透过率t，转向步骤6；否则，执行步骤4；步骤4：如果p＝2，那么先产生K个椭圆形区域，并随机产生各椭圆的长轴长和短轴长，长轴与水平正向的夹角也是随机数，其中K为大于0的整数；第i个区域的云层透过率ti为0至1之间的一个随机的常数，而此区域以外的透过率为0；将所有K个椭圆形区域的云层透过率ti叠加起来，生成总的透过率t，然后转向步骤6；否则，执行步骤5；步骤5：当输入的参数p不是0、1或2，则输入无效，不能开展仿真；步骤6：根据计算得到的云层透过率t，计算并输出遥感仿真图像。进一步，步骤3中，按照以下公式计算透过率t：t＝e-βd(x,y)d(x,y)＝xcosφ+ysinφ其中，d表示景物到遥感卫星相机的传输路径长度，β表示与光散射相关的传输介质衰减系数；(x,y)表示像素点的位置，x和y的取值范围分别为[1,N]、[1,M]，φ表示云层厚度渐变的方向，φ取值范围为-90°至90°。进一步，步骤4中，每个椭圆形区域表示为：每个椭圆形区域的透过率函数表示为：其中，θi表示该椭圆长轴与水平正方向的夹角，ai和bi表示第i个椭圆的半长轴和半短轴长度，(x0,y0)表示云中心在图像中所处的位置，ki取0和1之间的一个常数值，表示第i个均匀覆盖云的透过率。进一步，步骤6中，按照以下公式计算遥感仿真图像I：I＝L(1-t)+αJt。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：(1)对于已有无云雾干扰的清晰遥感图像，只需修改参数，即能开展受云雾干扰的遥感成像模拟，操作简便。(2)本专利技术通过计算机程序实现，不需要遥感卫星实地拍摄，对硬件设备无要求，也不受天气状况影响，成本低。(3)本专利技术能输出包含云雾均匀覆盖、浓度渐变的遥感图像，或局部包含云雾的遥感图像，能为研究单幅遥感图像去云处理技术提供丰富的图像数据，实现去云处理结果图像与原始图像的客观对比。附图说明图1是受云雾干扰的遥感成像模型。图2是遥感成像仿真流程图。图3是实施例一的原图。图4是当t＝0.6时，实施例一仿真得到均匀云雾覆盖的结果图。图5是当t＝0.4时，实施例一仿真得到均匀云雾覆盖的结果图。图6是当β＝3，φ＝60°时，实施例一得到云雾浓度渐变的云层透过率等高线图。图7是当β＝3，φ＝60°时，实施例一得到云雾浓度渐变的仿真结果图。图8是当β＝2，φ＝45°时，实施例一得到云雾浓度渐变的云层透过率等高线图。图9是当β＝2，φ＝45°时，实施例一得到云雾浓度渐变的仿真结果图。图10是当β＝1.5，φ＝-60°时，实施例一得到云雾浓度渐变的云层透过率等高线图。图11是当β＝1.5，φ＝-60°时，实施例一得到云雾浓度渐变的仿真结果图。图12是当β＝3时，实施例一得到中心附近云雾局部覆盖的仿真结果图。图13是当β＝2.5时，实施例一得到(350,285)位置附近云雾局部覆盖的仿真结果图。具体实施方式在云雾干扰状态下，遥感卫星对地成像的过程如图1所示，卫星捕获的遥感成像信息主要有两部分组成。首先，从太阳发出射向地面的光线，经过云层反射而被卫星捕获。设这部分成像信息为I1。其次，另一部分太阳光透过云层照射到地面，被地面景物体反射，而射回天空，同时再次穿过云层，最终被卫星捕获。设这部分成像信息为I2。如果太阳光初始强度为L，云层透射率为t，云层衰减系数和地面景物反射率分别为α和r，那么遥感成像过程可表示为I＝I1+I2＝L(1-t)+αLrt(1)其中I表示卫星拍摄的遥感图像。若大气中没有云雾，那么α＝t＝1,卫星拍摄得到的遥感图像只包含地物信息，这即是无云雾遮挡的清晰遥感图像，可表示为J＝Lr(2)则(1)式可修改为I＝L(1-t)+αJt(3)云层透射率t反映了云层覆盖的薄厚、云层浓度的变化以及云的分布状况，本文档来自技高网...

【技术保护点】
在云雾干扰下遥感成像的仿真方法，包括如下步骤：步骤1：初始化：输入已知的一幅清晰无云雾的遥感图像J，和用于选择仿真云雾覆盖类型的参数p；选择太阳光入射强度L和云层衰减系数α为一常数，其中0<α<1；设图像J的像素数为M×N；步骤2：如果p＝0，那么设定云层透过率t为0至1之间的某个常数，转向步骤6，开展具有均匀云雾覆盖的遥感成像仿真；否则，执行步骤3；步骤3：如果p＝1，那么取传输介质衰减系数β为大于0的一个常数，并选择一个角度，计算透过率t，转向步骤6；否则，执行步骤4；步骤4：如果p＝2，那么先产生K个椭圆形区域，并随机产生各椭圆的长轴长和短轴长，长轴与水平正向的夹角也是随机数；第i个区域的云层透过率ti为0至1之间的一个随机的常数，而此区域以外的透过率为0；将所有K个椭圆形区域的云层透过率ti叠加起来，生成总的透过率t，然后转向步骤6；否则，执行步骤5；步骤5：当输入的参数p不是0、1或2，则输入无效，不能开展仿真；步骤6：根据计算得到的云层透过率t，计算并输出遥感仿真图像。

【技术特征摘要】
1.在云雾干扰下遥感成像的仿真方法，包括如下步骤：步骤1：初始化：输入已知的一幅清晰无云雾的遥感图像J，和用于选择仿真云雾覆盖类型的参数p；选择太阳光入射强度L和云层衰减系数α为一常数，其中0<α<1；设图像J的像素数为M×N；步骤2：如果p＝0，那么设定云层透过率t为0至1之间的某个常数，转向步骤6，开展具有均匀云雾覆盖的遥感成像仿真；否则，执行步骤3；步骤3：如果p＝1，那么取传输介质衰减系数β为大于0的一个常数，并选择一个角度，计算透过率t，转向步骤6；否则，执行步骤4；步骤4：如果p＝2，那么先产生K个椭圆形区域，并随机产生各椭圆的长轴长和短轴长，长轴与水平正向的夹角也是随机数；第i个区域的云层透过率ti为0至1之间的一个随机的常数，而此区域以外的透过率为0；将所有K个椭圆形区域的云层透过率ti叠加起来，生成总的透过率t，然后转向步骤6；否则，执行步骤5；步骤5：当输入的参数p不是0、1或2，则输入无效，不能开展仿真；步骤6：根据计算得到的云层透过率t，计算并输出遥感仿真图像。2.根据权利要求1所述的在云雾干扰下遥感成像的仿真方法，其特征在于：步骤3中，按照以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴峰，朱锡芳，相入喜，许清泉，蒋小燕，李辉，赵春雨，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32