一种基于偏振图像的污染云分类识别方法技术

本发明专利技术适用于污染云检测技术领域，提供了一种基于偏振图像的污染源分类识别方法，包括如下步骤：对陆地上空的云像元进行相态识别，标识为陆地上空的水云像元和陆地上空的冰云像元；基于水云像元偏振辐射亮度曲线斜率绝对值和水云像元偏振辐射亮度区间对陆地上空水云像元进行识别，标识为陆地上空的污染水云像元和陆地上空的清洁水云像元；然后再对陆地上空污染水云像元进行识别，标识为陆地上空的人为污染水云像元与陆地上空的自然污染水云像元。本发明专利技术提供的污染云检测方法，弥补了基于偏振遥感识别污染云的空白；潜在地给气候模型带来新的约束，有助于减少气溶胶间接效应的不确定性，为研究人为气溶胶和自然气溶胶对云的影响提供一个新思路。

【技术实现步骤摘要】
一种基于偏振图像的污染云分类识别方法
本专利技术属于污染云检测
，提供了一种基于偏振图像的污染云分类识别方法。
技术介绍
云覆盖地球表面的67％，通过与辐射的多重相互作用，云对地球大气辐射平衡以及气候有重要影响。人类活动排放出大量的污染小粒子，这些污染粒子进入低层大气，使低层的水云受到污染。人为活动排放出的污染小粒子与自然活动排放出大粒子会对云的属性产生不同影响。识别自然污染云与人为污染云有利于理解与量化人为气溶胶和自然气溶胶对云的影响，为检测污染源以及污染类型提供一个新思路。近年来，偏振在云和气溶胶的研究中起着非常重要的作用。POLDER因其独有的多角度多光谱偏振观测数据非常适用于探测云和气溶胶的微物理特性。由于污染云中含有很多小粒子，而偏振反射率对小粒子十分敏感，因此利用偏振遥感识别污染云是一个十分有效的手段。另外，GF-5号卫星作为我国高分辨率对地观测系统的重要组成部分即将发射，GF-5搭载了大气气溶胶多角度偏振探测仪(DPC)，具有与POLDER具有相同的偏振通道。利用POLDER数据研究污染云可为我国高分5号卫星研究污染云奠定了基础，因此急需一种污染云类型的识别方法。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种基于偏振图像的污染云分类识别方法，基于人为污染云与自然污染云在近红外波段的偏振辐射亮度随散射角变化特征及光谱反射率曲线的变化特征，提出了自然污染云与人为污染云的分类识别方法。本专利技术是这样实现的，一种基于偏振图像的污染云分类识别方法，该方法包括如下步骤：S1、对陆地上空的云像元进行相态识别，标识为陆地上空的水云像元及陆地上空的冰云像元；S2、基于水云像元偏振辐射亮度曲线斜率绝对值及水云像元偏振辐射亮度区间对陆地上空水云像元进行识别，标识为陆地上空的污染水云像元及陆地上空的清洁水云像元；S3、对陆地上空污染水云像元进行识别，标识为陆地上空的人为污染水云像元与陆地上空的自然污染水云像元。进一步的，基于水云像元及冰云像元在近红外波段的不同多角度偏振特征进行相态识别，其中，陆地上空的水云像元满足如下条件：条件1：在近红外波段，散射角在60°～140°间的云像元偏振辐射曲线斜率为正值；条件2：在近红外波段，散射角在135°～145°间的云像元最大偏振辐射值大于0.03，陆地上空的冰云像元满足如下条件：条件3：在近红外波段，散射角在60°～140°间的云像元偏振辐射曲线斜率为负值；条件4：在近红外波段，散射角在135°～145°间的云像元最大偏振辐射值小于等于0.03。进一步的，所述步骤S2具体包括如下步骤：S21、进行散射角的判断，若水云像元的散射角范围无法达到140°，则无法进行污染水云像元及清洁水云像元的检测；S22、若散射角位于145°～165°散射角区间的水云像元个数达到3个以上，则进行污染水云像元及清洁水云像元的识别，识别方法具体如下：将同时满足条件5和条件6的水云像元标识为清洁水云像元，条件5及条件6具体表示如下：条件5：散射角在145°～165°之间，865nm波段水云像元的修正归一化偏振辐射亮度斜率拟合绝对值大于0.33；条件6：在散射角处于142°～145°之间，865nm波段水云像元的修正归一化偏振辐射亮最大值介于6％和11％之间；将同时满足条件7和条件8的水云像元标识为污染水云像元，条件7及条件8具体表示如下：条件7：在散射角处于145°～165°之间，水云像元的修正归一化偏振辐射亮度斜率拟合绝对值介于0.1和0.33之间；条件8：散射角在142°～145°之间，水云像元的修正归一化的偏振辐射亮的最大值介于5％和9％之间。进一步的，所述步骤S3具体包括如下步骤：S31、进行散射角的判断，若散射角均不在80°～120°之间，则无法进行人为污染水云像元及自然污染水云像元的识别；S32、若散射角位于80°～120°散射角区间的污染水云像元个数达到3个以上，则进行人为污染水云像元及自然污染水云像元的识别，识别方法具体如下：将同时满足条件9、条件10及条件11的污染水云像元标识为人为污染云像元；条件9：在散射角80°～120°范围内，污染水云像元的修正归一化偏振辐射亮度Lnmp拟合斜率在-0.2和0之间；条件10：在波段490nm至865nm，污染水云像元的反射率拟合斜率为正值；条件11：在散射角80°～120°范围内，污染水云像元的修正归一化偏振辐射亮度Lnmp的值均大于0.02；将同时满足条件12、条件13及条件14的污染水云像元标识为自然污染水云像元；条件12：在散射角80°～120°范围内，污染水云像元的修正归一化偏振辐射亮度Lnmp拟合斜率大于0；条件13：在波段490nm至865nm，污染云的反射率拟合斜率为负值；条件14：在散射角80°～120°范围内，污染水云像元的修正归一化偏振辐射亮度Lnmp的值均小于0.02。进一步的，若步骤S21中的水云像元的散射角范围均无法达到140°，但散射角在80°～120°之间的水云像元个数达到3个以上，则跳过清洁云与污染源的识别，直接进行人为污染云与自然污染云的识别，识别方法具体如下：将同时满足条件9、条件10及条件11的污染水云像元标识为人为污染云像元；将同时满足条件12、条件13及条件14的污染水云像元标识为自然污染水云像元。本专利技术提供的基于偏振图像的污染云分类识别方法的有益效果是：1.为提供一种污染云的检测方法，弥补了基于偏振遥感识别污染云的空白：利用云的多角度偏振辐射特征检测污染云，联合辐射与偏振辐射对污染云区分类型。2.该方法有利于研究污染云的各种属性以及污染对云属性的改变，另外，这将潜在地给气候模型带来新的约束，并有助于减少气溶胶间接效应的不确定性，污染云的分类方法为研究人为气溶胶和自然气溶胶对云的影响提供一个新思路。3.国内将要发射的GF-5卫星计划搭载的DPC传感器，具有与POLDER具有相同的偏振通道，且GF-5的分辨率更高。GF-5能为该方法提供数据源；反过来说，污染云识别与分类方法的建立也可以为GF-5数据的应用提供科学技术参考和科学技术基础。其建立的算法具有重要的现实意义和应用价值。附图说明图1为本专利技术实施例提供的基于偏振图像的污染云分类识别方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的基于偏振图像的云检测方法的流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供了一种基于偏振图像的污染云分类识别方法，开辟了利用偏振遥感识别污染云的新研究领域，基于清洁云与污染云的云滴谱分布参数，理论计算了865nm处清洁云与污染云的偏振辐射亮度。根据清洁云与污染云的不同偏振辐亮度变化特征，基于散射角140°左右的最大偏振辐亮度的阈值及散射角145°～165°范围内的偏振辐亮度斜率拟合阈值构建了陆地上空污染云的识别方法，即基于人为污染云与自然污染云的在近红外波段的偏振辐射亮度随散射角变化特征以及光谱反射率曲线的变化特征，提出了自然污染云与人为污染云的分类识别方法。图1为本专利技术实施例提供的基于偏振图像的污染云分类识别方法流程图，该方法具体包括如下步骤：S1、对陆地上空的云像元进行相态识别，识本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于偏振图像的污染云分类识别方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1、对陆地上空的云像元进行相态识别，标识为陆地上空的水云像元和陆地上空的冰云像元；S2、基于水云像元偏振辐射亮度曲线斜率绝对值和水云像元偏振辐射亮度区间对陆地上空水云像元进行识别，标识为陆地上空的污染水云像元及陆地上空的清洁水云像元；S3、对陆地上空污染水云像元进行识别，标识为陆地上空的人为污染水云像元与陆地上空的自然污染水云像元。

【技术特征摘要】
1.一种基于偏振图像的污染云分类识别方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1、对陆地上空的云像元进行相态识别，标识为陆地上空的水云像元和陆地上空的冰云像元；S2、基于水云像元偏振辐射亮度曲线斜率绝对值和水云像元偏振辐射亮度区间对陆地上空水云像元进行识别，标识为陆地上空的污染水云像元及陆地上空的清洁水云像元；S3、对陆地上空污染水云像元进行识别，标识为陆地上空的人为污染水云像元与陆地上空的自然污染水云像元。2.如权利要求1所述基于偏振图像的污染云分类识别方法，其特征在于，基于水云像元及冰云像元在近红外波段的不同多角度偏振特征进行相态识别，其中，陆地上空的水云像元满足如下条件：条件1：在近红外波段，散射角在60°～140°间的云像元偏振辐射曲线斜率为正值；条件2：在近红外波段，散射角在135°～145°间的云像元最大偏振辐射值大于0.03，陆地上空的冰云像元满足如下条件：条件3：在近红外波段，散射角在60°～140°间的云像元偏振辐射曲线斜率为负值；条件4：在近红外波段，散射角在135°～145°间的云像元最大偏振辐射值小于等于0.03。3.如权利要求1所述基于偏振图像的污染云分类识别方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括如下步骤：S21、进行散射角的判断，若水云像元的散射角范围无法达到140°，则无法进行污染水云像元及清洁水云像元的检测；S22、若散射角位于145°～165°散射角区间的水云像元个数达到3个以上，则进行污染水云像元及清洁水云像元的识别，识别方法具体如下：将同时满足条件5和条件6的水云像元标识为清洁水云像元，条件5及条件6具体表示如下：条件5：散射角在145°～165°之间，865nm波段水云像元的修正归一化偏振辐射亮度斜率拟合绝对值大于0.33；条件6：在散射角处于142°～145°之间，865nm波段水云像元的修正归一化偏振辐射亮最大值介于6％和11％之间；将同时满足条件7和条件8的水云像元标识为污染水云像元，条件7及条件8具体表示如下：条件7...

【专利技术属性】
技术研发人员：麻金继，宫明艳，徐飞飞，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34