一种珊瑚礁底质反射率多光谱卫星遥感反演方法技术

一种珊瑚礁底质反射率多光谱卫星遥感反演方法，属于卫星海洋遥感应用技术领域。基于浅海单次散射辐射传输模型，通过不同深度不同底质类型相邻像元对以及相同底质类型(如沙质海底)不同深度像元的采集，分别计算获得最优波段旋转系数和蓝绿波段漫射衰减系数比值，结合紧邻浅海区域的光学深水遥感反射率数据，分别构建深度无关反射率方程底质类型无关反射率方程，并基于这两组方程，联合计算获取珊瑚礁底质反射率图像。适用于高分辨率多光谱卫星遥感图像，同时无需水深和水体性质等辅助数据，可直接计算获取珊瑚礁底质蓝绿波段反射率数据。数据。数据。

【技术实现步骤摘要】
一种珊瑚礁底质反射率多光谱卫星遥感反演方法


[0001]本专利技术属于卫星海洋遥感应用
，尤其是涉及一种珊瑚礁底质反射率多光谱卫星遥感反演方法。

技术介绍

[0002]浅海海底反射率是浅海底栖分类、珊瑚礁以及水色等浅海光学遥感研究的重要参数。目前最直接获取珊瑚礁底质反射率的方法大多是基于现场光谱仪测量，但现场光谱测量只能获取很稀疏的少量点位数据，这对于大面积珊瑚礁监测而言明显不足。相对而言，卫星遥感技术手段能够获取大面积珊瑚礁信息，但由于水体性质以及水深影响，卫星传感器获取的遥感反射率信号包含来自水体的信号干扰，由此导致珊瑚礁底质反射率遥感反演不确定性较大。根据浅海单次辐射传输模型，要获得浅海底质反射率，需要已知浅海水体漫射衰减系数和水深数据，而这两个参数本身往往难以大面实测获得，因此珊瑚礁底质反射率卫星遥感精确监测也面临较大困难。
[0003]现有折中方法是在浅海水深半分析遥感反演过程中，通过底质反射率模型参数化和假设(如混合像元模型)，在实现浅海水深遥感反演的同时，同步获取底质反射率信息。但这种方法更多的应用于波段数多的高光谱卫星数据，而不适用于空间分辨率更高但波段较少的多光谱卫星数据，而且受底质反射率端元数据输入影响，反演的反射率往往精度不高。因此，开发一种适用于多光谱卫星遥感数据的底质反射率遥感反演方法就显得十分必要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有珊瑚礁底质反射率遥感反演方法难以应用于多光谱卫星遥感数据这个难题，提供适用于高分辨率多光谱卫星遥感图像，同时无需水深和水体性质等辅助数据，可直接计算获取珊瑚礁底质蓝绿波段反射率数据的一种珊瑚礁底质反射率多光谱卫星遥感反演方法。
[0005]本专利技术基于浅海单次散射辐射传输模型，通过不同深度不同底质类型相邻像元对以及相同底质类型(如沙质海底)不同深度像元的采集，分别计算获得最优波段旋转系数和蓝绿波段漫射衰减系数比值，结合紧邻浅海区域的光学深水遥感反射率数据，分别构建深度无关反射率方程和底质类型无关反射率方程，并基于这两组方程，联合计算获取珊瑚礁底质蓝、绿反射率图像。
[0006]本专利技术包括以下步骤：
[0007]1)根据浅海单次辐射传输过程推导结果，经对数转换和简化，获得单波段对数线性模型；
[0008]2)针对蓝、绿两个波段，应用单波段对数线性模型，通过消除水深，构建一个深度无关反射率方程；
[0009]3)选取图像上不同深度不同底质的相邻像元对，通过对相邻像元对的Xi数据集进行最小化求解，获得一组最优的波段旋转单位向量；
[0010]4)基于最优的波段旋转单位向量，构建一个底质类型无关反射率方程；
[0011]5)联合步骤2)深度无关反射率方程和步骤4)底质类型无关反射率方程，求解获得珊瑚礁底质蓝、绿波段反射率。
[0012]在步骤1)中，所述根据浅海单次辐射传输过程推导结果，经对数转换和简化，获得单波段对数线性模型如下：
[0013][0014]其中，g＝k
d
+k，即向下和向上光的漫射衰减系数总和，r
rs
为浅海水体水面之下遥感反射率，为紧邻浅海区域的光学深水r
rs
值，r
b
为底质反射率，k
d
为水体向下辐照度漫射衰减系数，k为水体或海底向上辐亮度衰减系数，z为水深。
[0015]在步骤2)中，所述构建一个与深度无关反射率方程的具体方法可为：
[0016]分别对珊瑚礁底质蓝、绿波段应用公式(1)单波段对数线性模型进行计算，通过消除水深z，整理可得方程：
[0017][0018]式中，下标1和2分别对应所使用的蓝绿两个波段，g1、g2分别为蓝、绿两个波段的向下和向上光的漫射衰减系数总和，假设珊瑚礁浅海区域的水体性质均一，则g1/g2不随空间变化。
[0019]在步骤3)中，所述对相邻像元对的Xi数据集进行最小化求解如下式：
[0020][0021][0022]式中，i表示某相邻像元对，Δsz
i
为第i个像元对经过旋转后值的差异，A、B表示该像元点对所对应的不同底质类型，n为像元点对数量，f为最小化函数；通过上式获得一组最优的波段旋转单位向量[α1,α2]。
[0023]在步骤4)中，所述构建一个底质类型无关反射率方程的具体步骤可为：
[0024]当波段旋转系数为最优时，不同海底底质类型计算的值理论上应一致，定义为底质常数b，籍此获得底质类型无关反射率公式：
[0025][0026]在步骤5)中，所述获得珊瑚礁底质蓝、绿波段反射率包括：
[0027](1)求解获得绿波段底质反射率：
[0028]联合公式(2)和公式(4)，可得绿波段
[0029][0030]上式除外，其它参数都可由图像上直接求得；由上式可求得绿波段底质反射率ρ
b2
：
[0031](2)求解获得蓝波段底质反射率：将求得的绿波段带入公式(2)，即可求得蓝波段进一步可求得蓝波段底质反射率ρ
b1
：
[0032]本专利技术针对高分辨率多光谱卫星图像，在无需获取珊瑚礁区域水深和水体光学性质数据情况下，直接通过方程求解获取珊瑚礁底质蓝、绿波段反射率数据。
[0033]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
[0034]1)本专利技术基于浅海单次散射辐射传输模型，通过不同深度不同底质类型相邻像元对以及相同底质类型(如沙质海底)不同深度像元的采集，分别计算获得最优波段旋转系数和蓝绿波段漫射衰减系数比值，结合紧邻浅海区域的光学深水遥感反射率数据，分别构建深度无关反射率方程和底质类型无关反射率方程，并基于这两组方程，联合计算获取珊瑚礁底质反射率图像。
[0035]2)与现有的基于底质反射率模型参数化和浅海水深半分析反演方法获取珊瑚礁底质反射率方法相比，本专利技术适用于高分辨率多光谱卫星遥感图像，同时无需水深和水体性质等辅助数据，可直接计算获取珊瑚礁底质蓝绿波段反射率数据。
附图说明
[0036]图1是本专利技术方法实施例中蓝、绿波段沙质海底不同深度位置采样点X1～X2散点图及其线性拟合；
[0037]图2是本专利技术方法实施例中珊瑚礁底质反射率卫星遥感反演结果图。其中，a为蓝波段，b为绿波段。
具体实施方式
[0038]本专利技术针对高分辨率多光谱卫星遥感图像，通过图像本身获取珊瑚礁底质反射率反演所需的相关参数，而无需水深和水体性质等辅助数据，从而实现珊瑚礁底质反射率遥感反演。
[0039]本专利技术实施例所采用的技术方案：
[0040]1)根据浅海单次辐射传输过程推导结果，经对数转换和简化，可获得单波段对数线性模型：
[0041][0042]其中，g＝k
d
+k，即向下和向上光的漫射衰减系数总和，r
rs
为浅海水体水面之下遥感反射率，为紧邻浅海区域的光学深水r
rs
值，r<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种珊瑚礁底质反射率多光谱卫星遥感反演方法，其特征在于包括以下步骤：1)根据浅海单次辐射传输过程推导结果，经对数转换和简化，获得单波段对数线性模型；2)针对蓝、绿两个波段，应用单波段对数线性模型，通过消除水深，构建一个深度无关反射率方程；3)选取图像上不同深度不同底质的相邻像元对，通过对相邻像元对的Xi数据集进行最小化求解，获得一组最优的波段旋转单位向量；4)基于最优的波段旋转单位向量，构建一个底质类型无关反射率方程；5)联合步骤2)深度无关反射率方程和步骤4)底质类型无关反射率方程，求解获得珊瑚礁底质蓝、绿波段反射率。2.如权利要求1所述一种珊瑚礁底质反射率多光谱卫星遥感反演方法，其特征在于在步骤1)中，所述根据浅海单次辐射传输过程推导结果，经对数转换和简化，获得单波段对数线性模型如下：其中，g＝k
d
+k，即向下和向上光的漫射衰减系数总和，r
rs
为浅海水体水面之下遥感反射率，为紧邻浅海区域的光学深水r
rs
值，r
b
为底质反射率，k
d
为水体向下辐照度漫射衰减系数，k为水体或海底向上辐亮度衰减系数，z为水深。3.如权利要求1所述一种珊瑚礁底质反射率多光谱卫星遥感反演方法，其特征在于在步骤2)中，所述构建一个深度无关反射率方程的具体方法为：分别对珊瑚礁底质蓝、绿波段应用公式(1)单波段对数线性模型进行计算，通过消除水深z，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈本清，杨燕明，
申请(专利权)人：自然资源部第三海洋研究所，
类型：发明
国别省市：