一种实现航空高光谱遥感飞行地面同步定标及反射率转换的方法技术

一种航空高光谱遥感飞行地面同步定标及反射率转换方法，其特征在于包括下列步骤：　　　　（１）确定飞行路线及主要控制点的经纬度坐标；　　　　（２）根据飞行路线确定地面定标点的范围及地面定标物类型；　　　　（３）确定地面实验的时间即飞机过地面定标点的时刻；　　　　（４）进行地面同步定标实验，获取地面同步定标数据，该同步定标数据包括地面波谱数据及地面定标辅助数据，其中地面定标辅助数据包括每次波谱数据获取的时间及每个定标物所在位置的经纬度；　　　　（５）反射率转换步骤：根据获取的地面同步定标数据，以选取的太阳高度角作基准对航空高光谱遥感数据进行反射率转换。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及遥感信息处理领域，特别涉及一种利用地面同步定标对航空高光谱遥感数据进行反射率转换的方法。
技术介绍
高光谱遥感数据在光谱维上具有较高的分辨率，可提供地物目标较为完整和详细的波谱特性。由于受大气的影响，遥感器接收到的光谱信号与地物真实光谱特性可能有一定偏差；另外反射波谱特性是地物固有的物理和化学特征指标，比辐射波谱更能反映地物的本质特性。因此，只有将高光谱遥感数据转换为反射率，才能更有效地进行后续的应用分析。对于高光谱遥感应用而言，反射率转换是一项非常重要的基础工作。目前常用的反射率转换方法包括利用辐射传输方程进行反射率转换，利用图像本身进行反射率转换如平面场模型、内在平均相对反射率模型、对数残差模型等，以及借助地面实测反射波谱数据进行反射率转换的方法。这三类方法各有特点辐射传输理论较为成熟，但具体应用中需要知道大气参数及有关数据，航空遥感系统运行过程中姿态不稳定，没有实时大气参数记录，难以使用。利用图像本身进行反射率转换的方法比较简单，但得到的是相对反射率。因此借助地面同步定标实测数据进行反射率转换是操作起来最容易、最为有效和实用的方法。分析现有借助地面同步定标实验进行反射率转换的方法，在具体应用中一般亦存在以下问题1)地面同步定标实验布置失误或不合理地面同步定标实验是借助地面数据进行反射率转换的重要内容，没有准确可靠的地面同步定标数据，就不可能获得高精度的反射率。这是一项非常繁杂的工作，包括人工和自然定标地物类型的确定、人工定标地物的布置、自然定标地物的布点，以及地面同步定标数据的获取等。但在现实应用中存在诸如未经充分的波谱实验和分析造成定标地物类型选择不当，定标地物尺寸设计不当使得在应用中无法有效消除混合像元的影响，以及所获取地面数据同步性过差等问题使得获取的地面定标数据不够准确可靠。因此迫切需要一套完整、系统的根据航空飞行布置地面同步定标实验以进行地面同步定标，进而获取精确可靠地面定标数据的方法。2)反射率转换方法没有考虑时间因素的影响现有利用地面同步资料进行反射率转换的方法，一般是将整幅图像作为一个整体来处理，不考虑时间因素对地物目标辐射特性的影响，这种处理方法对于空中遥感数据获取时间跨度不大的小面积试验区较为适用。航空高光谱遥感数据空间分辨率一般较高，不可能对大面积区域瞬时成像，通常一次航空飞行实验会覆盖多条航线；而由于实验条件的限制，地面同步定标只能集中于某条航线距离较近的几个典型点。因此如果地面定标点所在航线过长，或者利用地面定标数据对不含地面定标点航线图像进行反射率转换时，再不考虑时间因素的影响就会造成较大的偏差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种，以获取精确可靠地面定标数据，并在反射率转换时将时间对地物目标辐亮度的影响考虑在内，提高反射率转换的精度。为实现上述目的，本专利技术提供一种，其特点在于包括下列步骤(1)确定飞行路线及主要控制点的经纬度坐标；(2)根据飞行路线确定地面定标点的范围及地面定标物类型；(3)确定地面实验的时间即飞机过地面定标点的时刻；(4)进行地面同步定标实验，获取地面同步定标数据，该同步定标数据包括地面波谱数据及地面定标辅助数据，其中地面定标辅助数据包括每次波谱数据获取的时间及每个定标物所在位置的经纬度；(5)反射率转换步骤根据获取的地面同步定标数据，以选取的太阳高度角作基准对航空高光谱遥感数据进行反射率转换。所述地面定标物包括人工和自然地面定标物，其中人工地面定标物包括作为亮体的白棉布和作为黑体的黑棉布；自然定标物包括作为亮体的水泥地、水体和作为黑体的煤堆，其面积均不小于10×10个像元面积，且位于机下点。所述反射率转换步骤包括下列步骤(1)确定对航空高光谱遥感图像进行反射率转换时，选作基准的太阳高度角；(2)根据是将整幅图像转换为同一太阳高度角时的反射率，还是将图像像素值转换为各自成像时刻的反射率，确定图像各像素的辐亮度值Lsλ；(3)确定反射率的反演系数kλ和bλ；(4)将反演系数kλ和bλ按照ρ＝k·L+b的形式应用于步骤(2)所得的辐亮度值Lsλ，即可得到反射率数据ρgλ。所述反演系数kλ和bλ是根据地面实测同步定标数据及其从图像提取的相应区域的辐亮度值，利用最小二乘法计算得到。所述航空高光谱遥感数据为包含地面定标点的航线图像，且以地面定标点成像时所对应太阳高度角为基准时，所述反射率转换步骤包括下列步骤(1)确定航线图像各像素的太阳高度角，选择地面定标点在图像上的相应像素区域即图像感兴趣区，确定并以所有图像感兴趣区所对应的平均太阳高度角ht为基准；(2)根据以下公式，确定整幅图像计算整幅图像在平均太阳高度角ht成像条件下的辐亮度值LsλtLsλt=Lsλisinhi·sinht]]>其中，hi为像素i所对应的太阳高度角；Lsλi是整幅图像对应的原始辐亮度值； (3)利用地面同步定标数据和从图像感兴趣区提取的辐亮度计算反演系数，包括下列步骤①提取每个图像感兴趣区太阳高度角为ht时每个通道所对应的辐亮度值；②根据成像光谱仪的通道参数对地面同步定标实验获取的各图像感兴趣区相应的地面波谱数据重采样，使地面波谱和图像波谱具有相同的波段数，获得重采样后的地面波谱；③对每个图像感兴趣区所对应的图像波谱和地面波谱进行配对，并按以下等式建立方程组，并求得λ波段对应的反演系数kλ和bλρgλR＝kλ·LsλR+bλ其中ρgλR为重采样后的地面波谱；LsλR为图像相应图像感兴趣区提取的太阳高度角为ht的辐亮度值；(4)把反演系数kλ和bλ按步骤(3)所示方程用于步骤(2)得到的模拟辐亮度值Lsλt，即可得到整幅图像在太阳高度角为ht的反射率ρgλt。所述航空高光谱遥感数据为包含地面定标点的航线图像像素，且以图像各像素成像时刻对应太阳高度角为基准时，所述反射率转换步骤包括下列步骤(1)确定航线图像各像素的太阳高度角，选择地面定标点在图像上的相应像素区域即图像感兴趣区，从图像中提取每个图像感兴趣区的辐亮度值Lsλt，确定并以其成像的平均太阳高度角ht为基准；(2)根据以下公式计算每个图像感兴趣区在像素i所对应太阳高度角ht条件下的模拟辐亮度值Lsλ0iLsλ0i=Lsλtsinht·sinhi;]]>(3)利用地面同步定标数据和从图像感兴趣区提取的辐亮度值计算每一像素的反演系数，包括下列步骤①根据成像光谱仪的通道参数对地面同步定标实验获取的各图像感兴趣区相应的地面波谱数据重采样，使地面波谱和图像波谱具有相同的波段数，获得重采样后的地面波谱； ②对于像素i，对每个图像感兴趣区的模拟辐亮度值和地面重采样地面波谱进行配对，并按以下关系建立方程组，求得各像素对应反演系数ρgλ0＝ki·Lsλ0i+bi其中，ρgλ0为重采样后的地面波谱；Lsλ0i从相应图像感兴趣区提取的模拟辐亮度值；ki和bi即为所求的像素i所对应的反射率反演系数。(4)把所求得反演系数ki和bi按以下公式应用于像素i的原始辐亮度值，即得到像素i的反射率ρgλiρgλi＝ki·Lsλi+bi其中Lsλi为像素i位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尹球，张风丽，许卫东，巩彩兰，周宁，胡勇，朱迅，马永泉，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：