一种地表比辐射率计算方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种地表比辐射率计算方法，包括：输入一幅经过几何精校正和辐射校正的Landsat5‑TM遥感影像，计算归一化水体指数，进行水体像元和非水体像元的判别；基于非水体像元的判别结果，从遥感影像的七个波段中选择反映植被信息的波段、反映裸土和城镇地表信息的波段进行主成分分析，输出四个组分，确定反映植被信息的组分的第一辐射率指数，确定反映裸土和城镇地表信息的组分的第二辐射率指数；将第一辐射率指数、第二辐射率指数中的暗像元转换为亮像元；对第一辐射率指数和第二辐射率指数进行归一化处理，获得第一归一化辐射率指数和第二归一化辐射率指数，取得Landsat5陆地卫星的TM6热红外波段的地表比辐射率计算公式，并获得地表比辐射率。

【技术实现步骤摘要】
一种地表比辐射率计算方法及装置
本专利技术涉及遥感卫星图像处理
，特别是指一种面向陆地卫星的地表比辐射率计算方法及装置。
技术介绍
地表温度是地表能量平衡的决定因素之一，是地球源环境动态分析的重要指标，因此地表温度的遥感定量反演具有十分重要的意义。Landsat陆地卫星(美国NASA的陆地卫星)的TM传感器拥有一个中等分辨率的热红外波段(波长范围为10.4～12.5μm)，其反演的地表温度在中等尺度的地表研究中得到广泛的应用。地表比辐射率则是利用Landsat陆地卫星TM6波段反演地表温度的关键参数。地表辐射率的计算精度直接影响了地表温度的反演精度，目前，尚未有更简单、精确和高效的地表辐射率计算方法的提出。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种计算精确、简单易行、稳定可靠、运算高效的基于Landsat陆地卫星TM6热红外波段范围内的地表比辐射率的计算方法及其实现装置。基于上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种地表比辐射率计算方法，该方法包括以下步骤：输入一幅经过几何精校正和辐射校正的Landsat5-TM遥感影像；利用遥感影像计算归一化水体指数；根据归一化水体指数进行水体像元和非水体像元的判别；基于非水体像元的判别结果，从遥感影像的七个波段中选择反映植被信息的波段、反映裸土和城镇地表信息的波段进行主成分分析，输出四个组分；从四个组分中确定反映植被信息的组分的第一辐射率指数，确定反映裸土和城镇地表信息的组分的第二辐射率指数；将第一辐射率指数、第二辐射率指数中的暗像元转换为亮像元；对进行过暗像元转换为亮像元的处理的第一辐射率指数和第二辐射率指数进行归一化处理，获得第一归一化辐射率指数和第二归一化辐射率指数；基于第一归一化辐射率指数和第二归一化辐射率指数，取得Landsat5陆地卫星的TM6热红外波段的地表比辐射率计算公式，并获得地表比辐射率。在一些实施方式中，输入一幅经过几何精校正和辐射校正的Landsat5-TM遥感影像的步骤中包括：Landsat5-TM遥感影像选取四级产品，其全部七个波段重采样至30米空间分辨率。在一些实施方式中，利用遥感影像计算归一化水体指数的步骤中，归一化水体指数的计算公式为：NDWI＝(TM2-TM5)/(TM2+TM5)，其中，NDWI—归一化水体指数，TM2—Landsat5-TM遥感影像的第2波段的灰度值，TM5—Landsat5-TM遥感影像的第5波段的灰度值。在一些实施方式中，根据归一化水体指数进行水体像元和非水体像元的判别的步骤中包括：水体像元判别：NDWI≥Twater，非水体像元判别：NDWI＜Twater，其中，Twater—遥感影像中以样本阈值为采样个数的不同类型水体样本NDWI的平均值，其参考取值范围为0.391～0.415；判别结果为水体像元的，其比辐射率ε取固定值0.9951；判别结果为非水体像元的，其比辐射率ε将利用地表比辐射率计算公式进行计算。在一些实施方式中，基于非水体像元的判别结果的步骤包括：最能有效反映植被信息的波段选取TM3波段、TM4波段，最能有效反映裸土和城镇地表信息的波段选取TM2波段、TM5波段；对TM2波段、TM3波段、TM4波段、TM5波段共四个波段进行基于特征导向的主成分分析，输出四个组分。在一些实施方式中，从四个组分中确定反映植被信息的组分的第一辐射率指数的步骤中，确定第一比辐射率指数的方法为：TM3波段和TM4波段对应的特征向量绝对值较大且符号相反的组分即为第一辐射率指数所在的组分；TM2波段和TM5波段对应的特征向量绝对值较大且符号相反的组分即为第二辐射率指数所在的组分。在一些实施方式中，将第一辐射率指数、第二辐射率指数中的暗像元转换为亮像元的方法为：经目视解译检查，第一辐射率指数对应的图像中有表现为暗像元的部分，则将第一辐射率指数中的对应元素乘以-1；经目视解译检查，第二辐射率指数对应的图像中有表现为暗像元的部分，则将第二辐射率指数中的对应元素乘以-1。在一些实施方式中，对进行过暗像元转换为亮像元的处理的第一辐射率指数和第二辐射率指数进行归一化处理的步骤中，归一化处理的计算公式为：NEv＝(Ev-Evmin)/(Evmax-Evmin)，NEs＝(Es-Esmin)/(Esmax-Esmin)，式中，NEv—第一归一化辐射率指数，NEs—第二归一化辐射率指数，Ev—第一辐射率指数，Es—第二辐射率指数，Evmin—第一辐射率指数对应图像的最小值，Esmin—第二辐射率指数对应图像的最小值，Evmax—第一辐射率指数对应图像的最大值，Esmax—第二辐射率指数对应图像的最大值。在一些实施方式中，基于第一归一化辐射率指数和第二归一化辐射率指数的步骤中，地表比辐射率的计算公式为：ε＝0.9869+0.0047ln(NEv)-0.01246ln(NEs)，其中，ε—地表比辐射率。第二方面，本专利技术提供了一种地表比辐射率计算方法的实现装置，包括：获取影像模块，输入一幅经过几何精校正和辐射校正的Landsat5-TM遥感影像。水体指数计算模块，利用遥感影像计算归一化水体指数。判别模块，根据归一化水体指数进行水体像元和非水体像元的判别。主成分分析模块，基于非水体像元的判别结果，从遥感影像的七个波段中选择最能反映植被信息的波段、最能反映裸土和城镇地表信息的波段进行主成分分析，输出四个组分。确定指数模块，从四个组分中确定反映植被信息的组分的第一辐射率指数，确定反映裸土和城镇地表信息的组分的第二辐射率指数。转换模块，将第一辐射率指数、第二辐射率指数中的暗像元转换为亮像元。归一化模块，对进行过暗像元转换为亮像元的处理的第一辐射率指数和第二辐射率指数进行归一化处理，得到第一归一化辐射率指数和第二归一化辐射率指数。获得模块，基于第一归一化辐射率指数和第二归一化辐射率指数，取得Landsat5陆地卫星的TM6热红外波段的地表比辐射率计算公式，并获得地表比辐射率。在一些实施方式中，获取影像模块还用于：Landsat5-TM遥感影像选取四级产品，其全部七个波段重采样至30米空间分辨率。在一些实施方式中，水体指数计算模块还用于：归一化水体指数的计算公式为，NDWI＝(TM2-TM5)/(TM2+TM5)，其中，NDWI—归一化水体指数，TM2—Landsat5-TM遥感影像的第2波段的灰度值，TM5—Landsat5-TM遥感影像的第5波段的灰度值。在一些实施方式中，判别模块还用于：水体像元判别，NDWI≥Twater，非水体像元判别，NDWI＜Twater，其中，Twater—遥感影像中以样本阈值为采样个数的不同类型水体样本NDWI的平均值，其参考取值范围为0.391～0.415；判别结果为水体像元的，其比辐射率ε取固定值0.9951；判别结果为非水体像元的，其比辐射率ε将利用地表比辐射率计算公式进行计算。在一些实施方式中，主成分分析模块还用于：最能有效反映植被信息的波段选取TM3波段、TM4波段，最能有效反映裸土和城镇地表信息的波段选取TM2波段、TM5波段；对TM2波段、TM3波段、TM4波段、TM5波段共四个波段进行基于特征导向的主成分分析，输出四个组分。在一些实施方式中，确定指数模块还用于：确定第一比辐射率指数的方法为，T本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地表比辐射率计算方法，其特征在于，包括：输入一幅经过几何精校正和辐射校正的Landsat5‑TM遥感影像；利用所述遥感影像计算归一化水体指数；根据所述归一化水体指数进行水体像元和非水体像元的判别；基于所述非水体像元的判别结果，从所述遥感影像的七个波段中选择反映植被信息的波段、反映裸土和城镇地表信息的波段进行主成分分析，输出四个组分；从所述四个组分中确定所述反映植被信息的组分的第一辐射率指数，确定所述反映裸土和城镇地表信息的组分的第二辐射率指数；将所述第一辐射率指数、所述第二辐射率指数中的暗像元转换为亮像元；对进行过所述暗像元转换为亮像元的处理的所述第一辐射率指数和所述第二辐射率指数进行归一化处理，获得第一归一化辐射率指数和第二归一化辐射率指数；基于第一归一化辐射率指数和第二归一化辐射率指数，取得Landsat5陆地卫星的TM6热红外波段的地表比辐射率计算公式，并获得所述地表比辐射率。

【技术特征摘要】
1.一种地表比辐射率计算方法，其特征在于，包括：输入一幅经过几何精校正和辐射校正的Landsat5-TM遥感影像；利用所述遥感影像计算归一化水体指数；根据所述归一化水体指数进行水体像元和非水体像元的判别；基于所述非水体像元的判别结果，从所述遥感影像的七个波段中选择反映植被信息的波段、反映裸土和城镇地表信息的波段进行主成分分析，输出四个组分；从所述四个组分中确定所述反映植被信息的组分的第一辐射率指数，确定所述反映裸土和城镇地表信息的组分的第二辐射率指数；将所述第一辐射率指数、所述第二辐射率指数中的暗像元转换为亮像元；对进行过所述暗像元转换为亮像元的处理的所述第一辐射率指数和所述第二辐射率指数进行归一化处理，获得第一归一化辐射率指数和第二归一化辐射率指数；基于第一归一化辐射率指数和第二归一化辐射率指数，取得Landsat5陆地卫星的TM6热红外波段的地表比辐射率计算公式，并获得所述地表比辐射率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输入一幅经过几何精校正和辐射校正的Landsat5-TM遥感影像的步骤中包括：所述Landsat5-TM遥感影像选取四级产品，其全部七个波段重采样至30米空间分辨率。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述遥感影像计算归一化水体指数的步骤中，所述归一化水体指数的计算公式为：NDWI＝(TM2-TM5)/(TM2+TM5)，其中，NDWI—归一化水体指数，TM2—Landsat5-TM遥感影像的第2波段的灰度值，TM5—Landsat5-TM遥感影像的第5波段的灰度值。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述归一化水体指数进行水体像元和非水体像元的判别的步骤中包括：水体像元判别：NDWI≥Twater，非水体像元判别：NDWI＜Twater，其中，Twater—所述遥感影像中以样本阈值为采样个数的不同类型水体样本NDWI的平均值，其参考取值范围为0.391～0.415；判别结果为水体像元的，其比辐射率ε取固定值0.9951；判别结果为非水体像元的，其比辐射率ε将利用所述地表比辐射率计算公式进行计算。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述非水体像元的判别结果的步骤中包括：最能有效反映所述植被信息的波段选取TM3波段、TM4波段，最能有效反映所述裸土和城镇地表信息的波段选取TM2波段、TM5波段；对所述TM2波段、所述TM3波段、所述TM4波段、所述TM5波段共四个波段进行基于特征导向的所述主成分分析，输出所述四个组分。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述从所述四个组分中确定所述反映植被信息的组分的第一辐射率指数的步骤中，确定所述第一辐射率指数、所述第二辐射率指数的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘勇，彭光雄，潘龙英，张建东，
申请(专利权)人：湖南文理学院，
类型：发明
国别省市：湖南,43