一种卫星遥感影像自动云检测方法技术

本发明专利技术涉及一种卫星遥感影像自动云检测方法：(1)、将卫星遥感影像各波段的像元量化值转换为大气层顶反射率；(2)、基于卫星遥感影像各波段的大气层顶反射率，计算影像的HOTM指数、CIM指数和VBRM指数，得到相应的HOTM指数影像、CIM指数影像和VBRM指数影像；(3)、使用阈值法分割HOTM指数影像，得到可能云覆盖区域；(4)、采用最大类间方差法自动分割图像可能云覆盖区域的CIM指数影像，得到初步云覆盖区域；(5)、去除初步云覆盖区域非云高亮地物，然后进行邻域分析，消除云内部空洞和滤除孤立点，最终得到云掩膜图像二值矩阵，完成影像的自动云检测。该方法可有效提高高分六号影像薄云提取精度和完成自动化的云检。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星遥感影像自动云检测方法
本专利技术具体涉及一种卫星遥感影像自动云检测方法，属于遥感图像处理领域。
技术介绍
光学遥感影像是观测地表、获取地表信息的重要基础性数据。全球年平均云量大约是66％，常规拍摄的光学卫星遥感影像约60％的区域都被云覆盖，遥感影像上云的覆盖遮挡或降低了对地表有效信息的获取，因此在对遥感影像进行地表分类、目标提取、定量反演等工作之前进行云检测，生成准确的云掩模具有重要意义。光学影像云检测已有多年历史，但只有可见光和近红外波段的影像，由于缺少中波和热红外波段检测薄云误差较大，现有方法针对只有可见光和近红外波段的影像，大多采用阈值法，薄云检测精度也不高。武汉大学CN105354865B号专利公开了一种多光谱遥感卫星影像自动云检测方法及系统，该方法针对可见光和近红外4波段数据，变换色彩空间，阈值提取初检云对象，然后基于影像纹理信息对粗检结果进行误差剔除，最后采用边缘种子膨胀的方式对云层进行精确提取，提高厚云周边附属薄云的提取精度。但该方法主要存在以下问题：纹理提取方法在云稀疏分布时精度较低，该方法仅提高了厚云附带连接的薄云提取精度，如果薄云是独立的，该方法的精确提取将失去作用。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种使用红边波段的卫星遥感影像自动云检测方法，以达到提高影像云检测的自动化程度和精度。本专利技术解决技术的方案是：一种卫星遥感影像自动云检测方法，该方法包括如下步骤：(1)、将卫星遥感影像各波段的像元量化值转换为大气层顶反射率；(2)、基于卫星遥感影像各波段的大气层顶反射率，计算影像的云指数雾度优化变换指数HOTM、平均反射率指数CIM和高亮指数VBRM，并得到相应的HOTM指数影像、CIM指数影像和VBRM指数影像；(3)、分割HOTM指数影像，得到可能云覆盖区域；(4)、自动分割可能云覆盖区域的CIM指数影像，得到初步云覆盖区域；(5)、去除初步云覆盖区域非云高亮地物，然后进行邻域分析，消除云内部空洞和滤除孤立点，最终得到云掩膜图像二值矩阵，完成影像的自动云检测。所述步骤(1)的具体步骤为：(1.1)、使用辐射定标系数把卫星遥感影像各波段的像元量化值转为辐亮度；(1.2)、根据卫星遥感影像各波段的辐亮度，计算卫星遥感影像各波段的大气层顶反射率。卫星遥感影像为高分六号卫星WFV影像时，所述高分六号WFV影像波段号和波段光谱范围如下标所示：波段号光谱范围(μm)波段名10.45-0.52蓝波段20.52-0.59绿波段30.63-0.69红波段40.77-0.89近红外波段50.69-0.73红边波段160.73-0.77红边波段270.40-0.45海岸波段80.59-0.63黄橙波段所述HOTM指数的具体计算公式为：HOTM＝B1-(B3+B5+B6)/6其中，B1、B3、B5和B6分别表示波段1、波段3、波段5和波段6的大气层顶反射率。所述CIM指数的具体计算公式为：CIM＝(B1+B2+B3+B4+B5+B6+B8)/6其中，B1、B2、B3、B4、B5、B6和B8分别表示波段1、波段2、波段3、波段4、波段5、波段6和波段8的大气层顶反射率。所述VBRM指数的具体计算公式为：其中，B1、B2、B3、B4、B5、B6和B8分别表示波段1、波段2、波段3、波段4、波段5、波段6和波段8的大气层顶反射率。所述步骤(2)还把CIM指数影像的值转换为N位定点数值范围，公式如下：CIMunitN＝(CIM-CIMmin)×(2N-1)/(CIMmax-CIMmin)其中，CIMunitN为转换后的CIM指数值，CIM为转换前的CIM指数值，CIMmin为CIM指数影像上的最小值，CIMmax为CIM指数影像上的最大值。所述步骤(3)可能云覆盖区域通过如下方法确定：PCloud(x,y)＝Bool(HOTM(x,y)≥Th1)其中，PCloud(x,y)是可能云覆盖区域的二值矩阵，Bool(·)为布尔函数，表示满足括号内部条件的元素值为1，否则为0，(x,y)为像元所在位置，Th1为预设门限。所述步骤(4)确定初步云覆盖区域的计算公式如下：Cloudv1(x,y)＝(Bool((CIMunitN(x,y)≥K)&&PCloud(x,y))其中,Cloudv1是初步云覆盖区域的二值矩阵，Bool(·)为布尔函数，表示满足括号内部条件的元素值为1，表示初步判断为云，否则为0，表示初步判断为晴空，(x,y)为像元所在位置，K为OTSU方法自动得到的门限阈值；CIMunitN为把CIM指数影像的值转换为N位定点数值范围之后的CIM指数影像；&&表示“与”操作，N取值为8或者16。其特征在于所述预设的初步云覆盖门限K是用最大类间方差法自动得到的阈值。所述步骤(5)去除可能的非云高亮地物的公式如下：Cloudv2(x,y)＝(Bool(VBRM(x,y)≥Th2)&&Cloudv1(x,y))括号其中,Cloudv2是去除初步云覆盖区域非云高亮地物之后得到的云覆盖二值矩阵，Bool(·)为布尔函数，表示满足括号内部条件的元素值为1，表示初步判断为非云高亮地物，否则为0，表示云，(x,y)为像元所在位置，Th2为预设的VBRM门限；&&表示“与”操作。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：(1)、本专利技术综合利用了三个改进的云指数HOTM、CIM和VBRM指数影像信息，以上三个指数增强了厚云、薄云和地物的差异，提高了云(特别是薄云)的检测精度。(2)、本专利技术结合了高分六号影像的光谱信息特点，对3个云指数的计算公式进行了改进，利用了高分六号WFV影像的两个红边波段和蓝波段对薄云的光谱响应不同，提高了薄云的提取精度。(3)、本专利技术结合了图像分割的自动化算法，关键分割的阈值依据图像本身按照算法自动确定，因图而异，适应性好，计算求解简单有效。(4)、本专利技术高分六号WFV影像针对薄云有很好的识别效果，整体云检精度可达90％。附图说明图1为本专利技术实施例卫星遥感影像自动云检测方法流程图；图2(a)为2018年10月12日成像的高分六号产品号为1119860129的WFV影像局部图；图2(b)为图2(a)影像的云检测结果。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步阐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种卫星遥感影像自动云检测方法，其特征在于包括如下步骤：/n(1)、将卫星遥感影像各波段的像元量化值转换为大气层顶反射率；/n(2)、基于卫星遥感影像各波段的大气层顶反射率，计算影像的云指数雾度优化变换指数HOTM、平均反射率指数CIM和高亮指数VBRM，并得到相应的HOTM指数影像、CIM指数影像和VBRM指数影像；/n(3)、分割HOTM指数影像，得到可能云覆盖区域；/n(4)、自动分割可能云覆盖区域的CIM指数影像，得到初步云覆盖区域；/n(5)、去除初步云覆盖区域非云高亮地物，然后进行邻域分析，消除云内部空洞和滤除孤立点，最终得到云掩膜图像二值矩阵，完成影像的自动云检测。/n

【技术特征摘要】
1.一种卫星遥感影像自动云检测方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)、将卫星遥感影像各波段的像元量化值转换为大气层顶反射率；
(2)、基于卫星遥感影像各波段的大气层顶反射率，计算影像的云指数雾度优化变换指数HOTM、平均反射率指数CIM和高亮指数VBRM，并得到相应的HOTM指数影像、CIM指数影像和VBRM指数影像；
(3)、分割HOTM指数影像，得到可能云覆盖区域；
(4)、自动分割可能云覆盖区域的CIM指数影像，得到初步云覆盖区域；
(5)、去除初步云覆盖区域非云高亮地物，然后进行邻域分析，消除云内部空洞和滤除孤立点，最终得到云掩膜图像二值矩阵，完成影像的自动云检测。


2.根据权利要求1所述的一种卫星遥感影像自动云检测方法，其特征在于所述步骤(1)的具体步骤为：
(1.1)、使用辐射定标系数把卫星遥感影像各波段的像元量化值转为辐亮度；
(1.2)、根据卫星遥感影像各波段的辐亮度，计算卫星遥感影像各波段的大气层顶反射率。


3.根据权利要求1所述的一种卫星遥感影像自动云检测方法，其特征在于卫星遥感影像为高分六号卫星WFV影像时，所述高分六号WFV影像波段号和波段光谱范围如下标所示：









波段号
光谱范围(μm)
波段名


1
0.45-0.52
蓝波段


2
0.52-0.59
绿波段


3
0.63-0.69
红波段


4
0.77-0.89
近红外波段


5
0.69-0.73
红边波段1


6
0.73-0.77
红边波段2


7
0.40-0.45
海岸波段


8
0.59-0.63
黄橙波段








4.根据权利要求3所述的一种卫星遥感影像自动云检测方法，其特征在于所述HOTM指数的具体计算公式为：
HOTM＝B1-(B3+B5+B6)/6
其中，B1、B3、B5和B6分别表示波段1、波段3、波段5和波段6的大气层顶反射率。


5.根据权利要求3所述的一种卫星遥感影像自动云检测方法，其特征在于所述CIM指数的具体计算公式为：
CIM＝(B1+B2+B3+B4+B5+B6+B8)/6
其中，B1、B2、B3、B4、B5、B6和B8分别表示波段1、波段2、波段3、波段4、波段5、波段6和波段8的大气层顶反射率。

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊杰，徐文，傅俏燕，
申请(专利权)人：中国资源卫星应用中心，
类型：发明
国别省市：北京;11