基於微小地形的遙感影像的地形校正的方法

2023-12-11 17:00:22 6

專利名稱：基於微小地形的遙感影像的地形校正的方法
技術領域：
本發明涉及一種基於微小地形的遙感影像的地形校正方法，屬於遙感影像處理領 域。
背景技術：
遙感技術，在世界範圍內得到了廣泛的應用。遙感數據源向著更高光譜解析度和 更高空間解析度發展的同時，遙感影像處理技術也更加成熟；在應用上，結合了地理信息系 統(GIS)和全球定位系統(GPS)，向著更系統化，更定量化方向發展，使遙感數據的應用更 廣泛和深入。但是，遙感數據處理過程中，由於光學遙感影像中的山體的陰坡與陽坡的波段 輻射亮度存在巨大反差，導致兩個反射特性相同的地物在遙感影像中反映為不同的輻射亮 度，嚴重影響定量遙感的校正精度。因此，消除地形引起的光照度變化是遙感影像定性、定 量應用之前的重要處理手段。消除坡度坡向引起的輻射誤差的過程被稱為地形校正。目前 基於DEM數據的遙感影像的地形校正方法主要有餘弦校正、C校正、Mirmeart校正。餘弦 校正和C校正是朗伯體校正模型，把地物的二向反射函數(BRDF)當作是常數，忽略了地物 反射的二向性。Mirmeart校正，雖然引入了 Mirmeart因子k來描述地物表面的各向異性， 但是沒有實際的物理意義。

發明內容
本發明的目的在於針對已有技術存在的技術問題，提供一種基於微小地形的遙感 影像的地形校正的方法，該方法能消除地形起伏引起的遙感影像的輻射誤差，使校正後的 遙感影像能更真實地反映地物的反射特性。為達到上述發明的目的，本發明採用下述技術方案 一種基於微小地形的遙感影像的地形校正的方法，其特徵在於
首先將遙感影像與DEM數據進行配準，確定每個遙感影像像元中微小地形的個數；再 通過DEM數據和太陽、傳感器的方位，計算出每個微小地形的坡度坡向以及入射角和觀測 角，計算每個微小地形在水平面上的投影輻射因子和每個微小地形的相鄰微小地形對其的 遮蔽因子；最後，根據每個微小地形在水平面上的投影輻射因子、每個微小地形的相鄰微小 地形對其的遮蔽因子和每個遙感影像像元中微小地形的個數計算得到每個遙感影像像元 總的投影輻射因子，進而對原始遙感影像進行地形校正，其具體步驟如下
(1)、首先用遙感影像與DEM數據進行配準，使DEM空間解析度是遙感影像解析度的整 數倍；
(2)、確定每個遙感影像像元中包含的微小地形的個數N；
(3)、根據DEM數據以及太陽的方位和傳感器的方位，分別計算每個微小地形的坡度、 坡向、入射角和觀測角；
(4)、根據計算出的坡度坡向數據計算每個微小地形在水平面上的投影輻射因子K；
(5)、計算每個微小地形的相鄰微小地形對其的遮蔽因子GAF；(6)、計算總輻射因子KT;
(7)、利用總輻射因子KT對遙感影像進行地形校正，得到校正後的遙感影像。 上述步驟(3)中所述的分別計算每個微小地形的坡度、坡向、入射角和觀測角，其 計算如下
(3-1)、計算每個微小地形的坡度、坡向設DEM數據中某一像元值 Iiii，下標..為像元在數據中的行列號，微小地形的坡度0和坡向φ計算式如下
權利要求
1.一種基於微小地形的遙感影像的地形校正的方法，其特徵在於首先將遙感影像與 DEM數據進行配準，確定每個遙感影像像元中微小地形的個數；再通過DEM數據和太陽、傳 感器的方位，計算出每個微小地形的坡度坡向以及入射角和觀測角，計算每個微小地形在 水平面上的投影輻射因子和每個微小地形的相鄰微小地形對其的遮蔽因子；最後，根據每 個微小地形在水平面上的投影輻射因子、每個微小地形的相鄰微小地形對其的遮蔽因子和 每個遙感影像像元中微小地形的個數計算得到每個遙感影像像元總的投影輻射因子，進而 對原始遙感影像進行地形校正，其具體步驟如下(1)、首先用遙感影像與DEM數據進行配準，使DEM空間解析度是遙感影像解析度的整 數倍；(2)、確定每個遙感影像像元中包含的微小地形的個數N；(3)、根據DEM數據以及太陽的方位和傳感器的方位，分別計算每個微小地形的坡度、 坡向、入射角和觀測角；(4)、根據計算出的坡度坡向數據計算每個微小地形在水平面上的投影輻射因子K；(5)、計算每個微小地形的相鄰微小地形對其的遮蔽因子GAF；(6)、計算總輻射因子KT;(7)、利用總輻射因子KT對遙感影像進行地形校正，得到校正後的遙感影像。
2.根據權利要求1所述的基於微小地形的遙感影像的地形校正的方法，其特徵在於， 上述步驟(3)中所述的分別計算每個微小地形的坡度、坡向、入射角和觀測角，其計算如 下(3-1)、計算每個微小地形的坡度、坡向設DEM數據中某一像元值Ziii，下標..為像元在數據中的行列號，微小地形的坡度0和坡向的計算式如 1J !,Jατα下微小地形的坡度 θα = Brctmq^+fy2)(3)微小地形的坡向 <4 = arctanCf)(4)其中，θ表示為每個微小地形的坡度，φα表示為每個微小地形的坡向；(3-2)計算每個微小地形的入射角和觀測角設每個微小地形的入射角和觀測角分別為乓和& ,其入射角4和觀測角I的計算式如下入射角 = arccos(cos(sz) cos(0a) + sm(sz)sm(5y cos(禱—4) (5)其中，J2和疼分別為太陽的天頂角和方位角，觀狽 Ij 角 θγ = arccos(cos(w) cos(&+sm(sz) Sin(Ba) cos(4 - Φα) (6)其中，m和#分別為傳感器的天頂角和方位角。
3.根據權利要求2所述的基於微小地形的遙感影像的地形校正的方法，其特徵在於， 上述步驟中所述的計算每個微小地形在水平面上的投影輻射因子K，其具體計算式為COs(^ffi) ^ cos(w)其中一是太陽入射角傳感器觀測角"是每個微小地形的坡度，IZ是傳感器的 天頂角。
4.根據權利要求3所述的基於微小地形的遙感影像的地形校正的方法，其特徵在於， 上述步驟(5)中所述的計算每個微小地形的相鄰微小地形對其的遮蔽因子GAF，定義遮蔽 因子GAF為既能被照射到又能被觀測的坡面面積與坡面總面積的比值，其具體步驟如下(5-1)、將太陽入射光線方向和傳感器觀測方向分別為χ、7兩個方向，設DEM數據中某一像元，在方向上的入射角和觀測角分別和，在 方向上的入射角和觀測角分 χiA rx y別θ 和θ ；syry(5-2)、確定方向上的非陰影區域的比例/.令DEM數據中象元的大小是 ，χ議mxm那麼象元的邊長是《，令任意DEM數據象元在沿太陽入射方向的r方向上被相鄰DEM數據象元遮蔽的邊長是m.，根據象元的邊長、象元被相鄰象元遮蔽的邊長Ζ .. 1J方IXIX χ向上太陽光線入射角<9.之間的幾何關係，確定方向上的非陰影區域的比例，其IXIX計算式為JI —"I , ^<θαΛθ ,、U—一-A+^Tn—⑶JflCOSd +aix IX.其中，是象元的邊長，Wl.是DEM數據某一象元被相鄰DEM數據象元遮蔽的邊長，…IXΘιχ是方向上DEM數據中某一像元在χ方向上的入射角，^r是DEM數據中某一像元在 方向上的坡度，是方向上DEM數據中某一像元的沿太陽入射方向的方向上的相γCliJL ^ 鄰DEM數據象元在x方向上的坡度；(5-3)、確定方向上的可視區域的比例/ 令DEM數據中，象元的大小是 ，rrχ mxm那麼象元的邊長是令某DEM數據象元在沿傳感器觀測方向的Χ方向上被相鄰DEM數據象元遮蔽的邊長是m ,根據象元的邊長、象元被相鄰象元遮蔽的邊長Wl打與方f Λf^jF ^v 太向上傳感器觀測角0 之間的幾何關係，確定方向上的可視區域的比例J ，其計算L·/________fitΓΧ式為卜11.+.^^4 ⑶m cos(i9 + Θarx rx 『其中，是象元的邊長，m一是DEM數據某一象元被相鄰DEM數據象元遮蔽的邊長，m^是方向上DEM數據中某一像元在方向上的入射角，^是方向上DEM數據中某 rx χχχ一像元在1方向上的坡度，Uarx是DEM數據中某一像元的沿傳感器觀測方向的方向上 的相鄰DEM數據象元在ζ方向上的坡度；χ肌ι(5-4)、確定方向上的非陰影區域的比例令DEM數據中，象元的大小是7νmxm，那麼象元的邊長是,令某DEM數據象元在沿太陽入射方向的7方向上被相鄰DEM數據象元遮蔽的邊長是卿…，根據象元的邊長、象元被相鄰象元遮蔽的邊長Wf…與方向 νmV y上太陽光線入射角Gv之間的幾何關係，確定方向上的非陰影區域的比例/.，其VVψ計算式為
5.根據權利要求4所述的基於微小地形的遙感影像的地形校正的方法，其特徵在於， 上述步驟(6)中所述的計算總輻射因子KT，總輻射因子KT定義為每個遙感影像中包含的所 有微小地形的投影輻射因子K與遮蔽因子GAF乘積的均值，其計算式為NΣ ^ .■. χ ￠^ .jf^l J^1.,η「(14)KT = _N其中，N為每個遙感像元中微小地形的個數。
6.根據權利要求5所述的基於微小地形的遙感影像的地形校正的方法，其特徵在於， 上述步驟(7)中所述的利用總輻射因子KT對遙感影像進行地形校正，得到校正後的遙感影像，其具體計算如下當微小地形的坡度一力0時，總輻射因子KT變為KH，其中KH是平坦區域的輻射因子，地形校正計算式如下r K H _..lH =TTlT(15)其中，4表示校正前遙感影像的輻射亮度值，iE表示校正後遙感影像的輻射亮度值。陰影區域面積與象元總面積的比值為I，，其計算式為(12)s κ ψ令DEM數據某一象元的可視區域面積與象元總面積的比值力< 其計算式為
全文摘要
本發明公開了一種基於微小地形的遙感影像的地形校正的方法，該方法首先將遙感影像與DEM數據進行配準，確定每個遙感影像像元中微小地形的個數；再通過DEM數據和太陽、傳感器的方位，計算出每個微小地形的坡度坡向以及入射角和觀測角，計算每個微小地形在水平面上的投影輻射因子和每個微小地形的相鄰微小地形對其的遮蔽因子；最後，根據每個微小地形在水平面上的投影輻射因子、每個微小地形的相鄰微小地形對其的遮蔽因子和每個遙感影像像元中微小地形的個數計算得到每個遙感影像像元總的投影輻射因子，進而對原始遙感影像進行地形校正。該方法利用微小地形的相鄰微小地形對微小地形的遮蔽影響，提高遙感影像的地形校正精度。
文檔編號G01S7/497GK102073038SQ20101056282
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月29日 優先權日2010年11月29日
發明者朱瑞芳, 李先華, 陸珊, 韓曉夢, 黃微 申請人:上海大學