卫星高光谱数据水体悬浮物浓度反演方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术是关于一种卫星高光谱数据水体悬浮物浓度反演方法及装置，其中，方法包括：根据地表反射率图像，计算归一化水体指数图像；根据归一化水体指数图像，计算得到初始水体掩膜图像；对初始水体掩膜图像进行腐蚀计算，并进行像元个数的统计，以生成目标水体掩膜图像；根据高光谱卫星的大气纠正后的遥感反射率图像计算得到悬浮物浓度图像；根据悬浮物浓度图像和目标水体掩膜图像，确定最终的水体悬浮物浓度图像。浓度图像。浓度图像。

【技术实现步骤摘要】
卫星高光谱数据水体悬浮物浓度反演方法及装置


[0001]本专利技术涉及悬浮物浓度反演
，尤其涉及一种卫星高光谱数据水体悬浮物浓度反演方法及装置。

技术介绍

[0002]相关技术中，对固有光学特性做出假定：
[0003](1)假定水体颗粒物后向散射与悬浮物浓度之比，即颗粒物的比后向散射系数为一个常数：
[0004](2)假定非颗粒物吸收的时空变异性忽略不计，纯水的贡献即为非颗粒物的吸收：a
np
＝a
w
；
[0005](3)假定颗粒物吸收与TSM浓度之比，即颗粒物的比吸收系数为一常数：
[0006](4)假定非颗粒物的后向散射忽略不计：b
np
＝0。
[0007]其中，S代表悬浮物浓度，a与b分别代表吸收与散射贡献，下标p与np分别代表颗粒物与非颗粒物，上标*代表比例系数。
[0008]在上述固有光学特性假设的基础上，结合光谱反射率模型，以实测的欧洲海区水体遥感反射率与悬浮物浓度作为基础，率定模型参数A
ρ
、B
ρ
、C
ρ
，得到单波段悬浮物浓度半分析反演算法，并将这一方法应用于国外SeaWiFS、MODIS、MERIS等水色卫星传感器。
[0009]现有技术存在以下缺陷：
[0010]1)由于ZY1
‑
02D卫星高光谱数据与SeaWiFS、MODIS、MERIS等国外水色卫星数据在数据质量(遥感反射率精度)和载荷指标(波段设置、空间分辨率)等方面的差异，现有技术直接应用于国产高光谱卫星无法获得较好的悬浮物浓度反演效果。
[0011](2)ZY1
‑
02D卫星高光谱数据波段窄，噪声大，基于高光谱单波段数据计算的水体指数提取水体效果不佳，而且最佳的提取阈值难以自动确定，需要人工判定，无法实现水体范围的自动准确提取。

技术实现思路

[0012]为克服相关技术中存在的问题，本专利技术提供一种卫星高光谱数据水体悬浮物浓度反演方法及装置。
[0013]根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种卫星高光谱数据水体悬浮物浓度反演方法，所述方法包括：
[0014]根据地表反射率图像，计算归一化水体指数图像；
[0015]根据所述归一化水体指数图像，计算得到初始水体掩膜图像；
[0016]对所述初始水体掩膜图像进行腐蚀计算，并进行像元个数的统计，以生成目标水体掩膜图像；
[0017]根据所述高光谱卫星的大气纠正后的遥感反射率图像，计算得到悬浮物浓度图像；
[0018]根据所述悬浮物浓度图像和所述目标水体掩膜图像，确定最终的水体悬浮物浓度图像。
[0019]在一个实施例中，优选地，采用以下第一计算公式计算所述归一化水体指数图像NDWI：
[0020][0021](x,y)代表图像中第x行，第y列的像元，ρ
green
(x,y)和ρ
nir
(x,y)分别表示地表反射率图像中(x,y)所在像元的绿波段的地表反射率和近红外波段的地表反射率。
[0022]在一个实施例中，优选地，采用以下第二计算公式计算所述初始水体掩膜图像M
init
：
[0023][0024]其中，(x,y)代表图像中第x行，第y列的像元，NDWI表示所述归一化水体指数图像。
[0025]在一个实施例中，优选地，对所述初始水体掩膜图像进行腐蚀计算，并进行像元个数的统计，以生成目标水体掩膜图像，包括：
[0026]对所述初始水体掩膜图像进行腐蚀计算，向内腐蚀第一预设个数的像元，以得到多个不联通的水体区域；
[0027]对于每个水体区域，统计其像元的总个数；
[0028]当水体区域内像元的总个数大于预设的个数阈值时，将该水体区域向外膨胀第二预设个数的像元；
[0029]根据膨胀后的水体区域的归一化水体指数图像，确定水体提取阈值T；
[0030]根据所述水体提取阈值，采用以下第三计算公式提取精确水体区域，以生成所述水体掩膜图像M
water
；
[0031][0032]其中，(x
i
,y
i
)代表图像中属于第i个水体区域内的行列号；
[0033]当水体区域内像元的总个数小于或等于预设的个数阈值时，将该水体区域确定为非水体区域，并舍弃所述非水体区域。
[0034]在一个实施例中，优选地，采用以下第四计算公式计算得到悬浮物浓度图像：
[0035][0036]其中，C
TSM
表示悬浮物浓度(mg/L)，λ表示波长，R
rs
表示所述遥感反射率，A
ρ
、B
ρ
和C
ρ
表示比例系数，A
ρ
、B
ρ
由非线性拟合得到，C
ρ
为预设值；
[0037]采用以下第五计算公式确定最终的水体悬浮物浓度图像：
[0038]M
终
＝C
TSM
*M
water
[0039]其中，M
终
表示所述最终的水体悬浮物浓度图像，C
TSM
表示悬浮物浓度，M
water
表示所述水体掩膜图像。
[0040]根据本专利技术实施例的第二方面，提供一种卫星高光谱数据水体悬浮物浓度反演装置，所述装置包括：
[0041]第一计算模块，用于根据地表反射率图像，计算归一化水体指数图像；
[0042]第二计算模块，用于根据所述归一化水体指数图像，计算得到初始水体掩膜图像；
[0043]生成模块，用于对所述初始水体掩膜图像进行腐蚀计算，并进行像元个数的统计，以生成目标水体掩膜图像；
[0044]第三计算模块，用于根据所述高光谱卫星的大气纠正后的遥感反射率图像，计算得到悬浮物浓度图像；
[0045]确定模块，用于根据所述悬浮物浓度图像和所述目标水体掩膜图像，确定最终的水体悬浮物浓度图像。
[0046]在一个实施例中，优选地，采用以下第一计算公式计算所述归一化水体指数图像NDWI：
[0047][0048](x,y)代表图像中第x行，第y列的像元，ρ
green
(x,y)和ρ
nir
(x,y)分别表示地表反射率图像中(x,y)所在像元的绿波段的地表反射率和近红外波段的地表反射率。
[0049]在一个实施例中，优选地，采用以下第二计算公式计算所述初始水体掩膜图像M
init
：
[0050][0051]其中，(x,y)代表图像中第x行，第y列的像元，NDWI表示所述归一化水体指数图像。
[0052]在一个实施例中，优选地，所述生成模块用于：
[0053]对所述初始水体掩膜图像进行腐蚀计算，向内腐蚀第一预本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星高光谱数据水体悬浮物浓度反演方法，其特征在于，所述方法包括：根据地表反射率图像，计算归一化水体指数图像；根据所述归一化水体指数图像，计算得到初始水体掩膜图像；对所述初始水体掩膜图像进行腐蚀计算，并进行像元个数的统计，以生成目标水体掩膜图像；根据所述高光谱卫星的大气纠正后的遥感反射率图像，计算得到悬浮物浓度图像；根据所述悬浮物浓度图像和所述目标水体掩膜图像，确定最终的水体悬浮物浓度图像。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用以下第一计算公式计算所述归一化水体指数图像NDWI：(x,y)代表图像中第x行，第y列的像元，ρ
green
(x,y)和ρ
nir
(x,y)分别表示地表反射率图像中(x,y)所在像元的绿波段的地表反射率和近红外波段的地表反射率。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用以下第二计算公式计算所述初始水体掩膜图像M
init
：其中，(x,y)代表图像中第x行，第y列的像元，NDWI表示所述归一化水体指数图像。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述初始水体掩膜图像进行腐蚀计算，并进行像元个数的统计，以生成目标水体掩膜图像，包括：对所述初始水体掩膜图像进行腐蚀计算，向内腐蚀第一预设个数的像元，以得到多个不联通的水体区域；对于每个水体区域，统计其像元的总个数；当水体区域内像元的总个数大于预设的个数阈值时，将该水体区域向外膨胀第二预设个数的像元；根据膨胀后的水体区域的归一化水体指数图像，确定水体提取阈值T；根据所述水体提取阈值，采用以下第三计算公式提取精确水体区域，以生成所述水体掩膜图像M
water
；其中，(x
i
,y
i
)代表图像中属于第i个水体区域内的行列号；当水体区域内像元的总个数小于或等于预设的个数阈值时，将该水体区域确定为非水体区域，并舍弃所述非水体区域。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用以下第四计算公式计算得到悬浮物浓度图像：
其中，C
TSM
表示悬浮物浓度(mg/L)，λ表示波长，R
rs
表示所述遥感反射率，A
ρ
、B
ρ
和C
ρ
表示比例系数，A
ρ
、B
ρ
由非线性拟合得到，C
ρ
为预设值；采用以下第五计算公式确定最终的水体悬浮物浓度图像：M
终
＝C
TSM
*M
water
其中，M
终
表示所述最终的水体悬浮物浓度图像，C
TSM
表示悬浮物浓度，M
water
表示所述水体掩膜图像。6.一种卫星高...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘瑶，朱鹏航，肖晨超，
申请(专利权)人：自然资源部国土卫星遥感应用中心，
类型：发明
国别省市：