GIS支持下的卫星遥感数字图像的地形变换制造技术

本发明专利技术涉及ＧＩＳ支持下的卫星遥感数字图像的地形变换。本方法是：首先，建立卫星遥感信息与地形、太阳直射光和天空散射光之间定量关系的数理模型；继之解析卫星遥感数字图像：生成太阳直射光遥感图像和天空散射光遥感图像、分别进行地形变换，消除起伏地形上的辐射差异以及这种差异对卫星遥感数字图像的影响；然后判断和消除遥感数字图像的山体与云层阴影；在此基础上最后完成卫星遥感数字图像的地形变换。本发明专利技术的理论、方法较传统遥感数字处理先进、科学、合理，可广泛应用于遥感技术的定量研究和应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种卫星遥感数字图像处理方法，特别是GIS支持下的卫星遥感数字图像的地形变换方法。
技术介绍
地形对卫星遥感数字图像的影响和山体阴影、云层阴影的消除，一直都是卫星遥感数字图像处理与应用中的难题。现有卫星遥感数字图像处理与应用技术与正射影像处理技术，均没有从根本上解决这个重要的问题。经过查新搜索国内外均没有相关文献和专利报道，本项专利技术在GIS支持下的卫星遥感数字图像的地形变换从理论和实践上较好地解决了这一问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供GIS支持下的卫星遥感数字图像的地形变换方法。为达到上述专利技术目的，本专利技术的构思是本项专利技术是在GIS支持下利用自然中太阳直射光、天空散射光照度、地形与卫星遥感数字图像相互之间的定量关系，解析原始卫星遥感数字图像为太阳直射光和天空散射光遥感数字图像。在此基础上利用数字地形图计算像元太阳直射光变换(改正)系数，天空散射光变换(改正)系数和像元地面辐射参数(散射/直射比 散射/辐射比)进行太阳直射光和天空散射光遥感数字图像的水平地形变换(如将起伏地形上的卫星遥感数字图像转换为水平地面上相应卫星遥感数字图像)。同时进行地形阴影和云层阴影的消除，完成GIS支持下的卫星遥感数字图像的地形变换和原始卫星遥感数字图像的任意地形变换，使每个像元遥感值均严格定量满足数字图像的点成像原理。根据上述的专利技术构思，本专利技术采用下述技术方案GIS支持下的卫星遥感数字图像的地形变换方法，其特征在于首先，建立卫星遥感信息与地形、太阳直射光和天空散射光之间定量关系的数理模型；继之解析卫星遥感数字图像生成太阳直射光遥感图像和天空散射光遥感图像、分别进行地形变换，消除起伏地形上的辐射差异以及这种差异对卫星遥感数字图像的影响；然后判断和消除遥感数字图像的山体与云层阴影；在此基础上最后完成卫星遥感数字图像的地形变换。本专利技术的理论、方法较传统遥感数字处理先进、科学、合理，可广泛应用于遥感技术的定量研究和应用；其具体操作步骤如下(1)、卫星遥感数字图像与数字地形图配准；(2)、卫星遥感数字图像的大气修正；(3)、卫星遥感数字图像上各点太阳高度角、方位角的计算；(4)、数字地形图上计算卫星遥感数字图像上各点地面(坡面)太阳直射光地形改正系数和地面(坡面)天空散射光地形改正系数(5)、观察测量或者计算卫星遥感数字图像上各点水平地面上的散射/辐射比(6)、解析卫星遥感图像；生成太阳直射光遥感图像和天空散射光遥感图像；(7)、卫星遥感数字图像上山体与云层阴影的判断和卫星遥感数字图像上山体与云层阴影的消除；(8)、太阳直射光遥感图像和天空散射光遥感图像的水平地形变换；(9)、无阴影遥感正射数字图像的计算机生成；(10)、遥感图像的任意地形变换。上述的骤(1)中的卫星遥感数字图像与数字地形图配准是GIS常规操作。上述的步骤(2)中的卫星遥感数字图像的大气修正的步步骤如下(1)利用卫片相同地面上相邻两非同类像元DN1和DN2的地面反射率γ1和γ2，按下式计算可以得到离散分布的像元大气程辐射遥感值。DN(a)＝γ1*(DN1-DN2)/(γ1-γ2) (1)或者对卫星遥感数字图像上山体和云层阴影中的水体像元遥感值进行分析也可以得到离散分布的像元大气程辐射遥感值；(2)对上述结果，再采用插值算法得到每个像元大气程辐射遥感值；对卫星遥感数字图像上各像元点遥感值DNij进行减去大气程辐射遥感值DNAij的运算，即DNij-DNAij，便完成了卫星遥感数字图像的大气修正。其中，DNij代表卫星遥感数字图像上各像元点遥感值，DNAij代表大气程辐射遥感值，DNij-DNAij代表卫星遥感数字图像的大气修正值。上述的步骤(3)中的卫星遥感数字图像上各点太阳高度角、方位角的计算按下式进行计算 θij＝arcsin(sinφ*sinδ+cosφ*cosδ*cost(i，j)) (2)A(i，j)＝arcsin(sinθij*sinφ-sinδ)/cosθij*cosφ) (3)δ＝arcsin(sinθ*sinφ-cosθ*cosφ*cosA)(4)t＝arcsin(cosθij*sinA/cosδ)+Δλ (5)θ，A、δ卫片注记中星下点太阳高度角、方位角和太阳赤角；λ、φ分别为星下点地理经纬度。Δλ为像元点对星下点的经度增量。上述的步骤(4)中的卫星遥感数字图像上山体与与云层阴影的判断方法如下利用与卫星遥感数字图像配准的数字地形图和卫片像元的太阳的位置参数，即高度角、方位角，进行山体与云层阴影的判断，其判断的准则是在太阳照射方向该像元点的最大地形、云层、高度角等于或者大于该像元点的太阳高度角即DH(i，j)≥θij，则该像元点为阴影；反之则不是阴影。上述的步骤(5)中的观察测量或者计算卫星遥感数字图像上各点水平地面上的直、散射辐射比方法如下若卫片水平地面上有相邻2个同类像元X和Y，像元Y位于阴影中，DN(y)和DN(x)、DNa分别是其遥感值和大气程辐射辐射遥感值，则该处水平地面上的散、直射辐射比L＝(DN(y)-DNa)/(DN(x)-DN(y))(6)上述的步骤(6)中的计算卫星遥感数字图像上各点地面直射光地形影响系数按下式计算Fij＝1-tgαij·ctgθij·cosωij，ωij＝ALij-Aij(7)其中，αij代表像元地表坡角，ALij代表地表坡向，θij代表卫片注记中星下点太阳高度角，Aij代表太阳方位角，ωij代表太阳方位角与地面坡向之夹角。上述的步骤(7)中的计算卫星遥感数字图像上各点地面天空散射光地形影响系数，即卫片像元地面天空散射光照射立体角与水平地面上的天空散射光照射立体角2π之比按下式计算Gij=1-2nπΣk=1nβk,]]>式中n＝2π/Δt (8) 其中，βk为第K个方位上的最大平均遮蔽角即立体角。Δt为方位角步长，为360°/n。n为方位划分数，即n为按计算精度要求将360°划分的范围个数。上述的步骤(8)中的解析卫星遥感图像；生成太阳直射光遥感图像和天空散射光遥感图像，方法如下太阳直射光遥感图像表达式DNSij=(DNij-DNAij)·Fij(Fij+Gij·Lij)---(9)]]>天空散射光遥感图像表达式DNDij=(DNij-DNAij)·Gij·LijFij+Gij·Lij---(10)]]>i＝1，2…m；j＝1，2…n其中，DNSij代表像元遥感数值中直射光分量，DNij代表像元遥感数值，DNAij代表大气程辐射遥感值，Lij代表地面反射亮度，Fij代表数字地形图上各点地面直射光地形影响系数，Gij代表数字地形图上各点地面天空散射光地形影响系数，DNDij代表像元遥感数值中散射光分量，LSij代表地面光谱反射亮度，LDij代表地面辐射照度。上述的步骤(9)中的太阳直射光遥感数字图像和天空散射光遥感数字图像的地形变换，采用以下公式计算DN′Sij=DNSij/Fij=(DNij-DNAij)/(Fi本文档来自技高网...

【技术保护点】
ＧＩＳ支持下的卫星遥感数字图像的地形变换，其特征在于：首先，建立卫星遥感信息与地形、太阳直射光和天空散射光之间定量关系的数理模型；继之解析卫星遥感数字图像：生成太阳直射光遥感图像和天空散射光遥感图像、分别进行地形变换，消除起伏地形上的辐射差异以及这种差异对卫星遥感数字图像的影响；然后判断和消除遥感数字图像的山体与云层阴影；在此基础上最后完成卫星遥感数字图像的地形变换；其具体操作步骤如下：（１）、卫星遥感数字图像与数字地形图配准；（２）、卫星遥感数字图像的大气修正；（３）、卫星遥感数字图像上各点太阳高度角、方位角的计算；（４）、数字地形图上计算卫星遥感数字图像上各点地面或坡面太阳直射光地形改正系数和地面或坡面天空散射光地形改正系数；（５）、观察测量或者计算卫星遥感数字图像上各点水平地面上的散射／辐射比；（６）、解析卫星遥感图像；生成太阳直射光遥感图像和天空散射光遥感图像；（７）、卫星遥感数字图像上山体与云层阴影的判断和卫星遥感数字图像上山体与云层阴影的消除；（８）、太阳直射光遥感图像和天空散射光遥感图像的水平地形变换；（９）、无阴影遥感正射数字图像的计算机生成；（１０）、遥感图像的任意地形变换。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李先华，师彪，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]