[发明专利]基于遥感影像DN值多元参量定标模型的自适应成像方法

说明书

技术领域

本发明属于遥感影像成像技术领域，具体涉及一种基于遥感影像DN值多元参量定标模型的自适应成像方法。

背景技术

可见光遥感成像载荷以太阳辐射为辐射源，太阳辐射经大气吸收和散射之后到达地表，地表的各种覆盖类型对不同的太阳辐射波长存在着不同的吸收和反射率，地物的反射光再经过大气的吸收和散射作用最后到达成像系统的入瞳处，经成像系统的光学系统和电子学系统转化为一幅遥感影像。在这个过程中太阳高度角和方位角、大气中各类吸收气体含量（主要是水汽和臭氧含量）和状态、大气气溶胶的类型和含量、地表覆盖类型和二向反射特性、传感器的高度角和方位角、传感器的光学传递函数和噪声等都是影响最终获取的遥感影像的质量的重要因素，而遥感影像的质量直接决定了后端应用的精度和水平。

可见光遥感成像过程中不同的大气和气溶胶参数，不同的地物覆盖类型对应的不同反射率，不同的太阳辐射强度都会影响成像系统入瞳的辐亮度；而成像系统最终输出的DN值（Digital Number）受入瞳辐亮度、积分时间和电子学增益的影响。为了得到亮度分布一致的高质量遥感影像，成像系统必须能够根据入瞳辐亮度的变化适时地调整成像系统的积分时间和电子学增益，从而使成像系统输出DN值保持在一定的范围内。

发明内容

本发明根据可见光遥感成像过程中的太阳辐射能量的传输和转化过程，建立成像系统电子学参数与遥感图像的定量数学关系，为成像系统电子学参数的调节提供定量的依据，从而根据成像区域的不同、地物覆盖类型的不同、观测几何的不同动态地调整成像系统成像参数。这种针对可见光遥感成像系统的控制和调节过程是可见光遥感自适应成像的过程。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于遥感影像DN值多元参量定标模型的自适应成像方法（或者称为自适应成像控制方法），其步骤包括：

1）根据可见光遥感成像过程中的太阳辐射能量的传输和转化过程，建立成像系统电子学参数与遥感图像的定量数学关系；

2）获取遥感成像系统相对于地球的位置和姿态参数，根据小孔成像模型计算得到每一景遥感影像对应的地表区域（即计算成像区域）；

3）获取成像区域地物覆盖类型、地物反射光谱以及成像区域上空大气和气溶胶参数，进而根据辐射传输方程计算该成像区域对应的入瞳辐亮度；

4）对每一景遥感影像的入瞳辐亮度进行排序得到最大的入瞳辐亮度值，并通过成像系统调节成像参数使其不超过成像系统最大输出图像DN值，然后驱动成像设备获取遥感影像。

进一步地，所述成像系统电子学参数与遥感图像的定量数学关系，包括求出入瞳辐亮度L与遥感图像的DN（Digital Number）值之间的数学关系。实验室内的辐射定标主要是使用标准的辐射源对成像系统的入瞳辐亮度与成像系统输出DN值之间的关系进行标定。标准辐射源通常使用输出亮度可变且已知的积分球，用积分球照射成像设备的孔径，获取成像系统的输出DN值，然后使用线性回归的方法求出入瞳辐亮度与DN值之间的线性回归系数：DN=kL+g，其中k、g为成像系统的固有参数。对于遥感自适应控制，由于系统的积分时间和电子学增益都是可变的，因此在室内辐射定标过程中需要标定成像系统的输出图像DN值与系统的积分时间、电子学增益之间的定量关系。根据成像系统能量转换关系可知，成像系统输出的图像DN值与积分时间和电子学增益也是线性关系。因此，在遥感自适应控制中的实验室辐射定标过程中需要标定以下函数关系：

DN=aTGL+b，

其中T为成像系统的积分时间，G为成像系统电子学增益，L为入瞳辐亮度，a、b是成像系统的固有参数，不同的成像系统，该参数也不同，需通过实验室标定求出。

进一步地，所述自适应成像方法，包括为了使得每一种地物覆盖类型反射的太阳辐射能量都能够被遥感成像系统正确转化为遥感影像，同时不能使各地物覆盖类型所对应的遥感影像不饱和，必须对每一景遥感影像的各地物覆盖类型得到的入瞳辐亮度进行排序，找到最大的入瞳辐亮度值，并通过成像系统参数调节使其不超过成像系统最大输出图像DN值。在一块地表区域中可能存在多种地物覆盖类型，而每一种地物覆盖类型所对应的入瞳辐亮度均不相同，为了确定成像系统的成像参数，必须建立参数调节机制。地表覆盖类型可以分为陆地、植被、沙漠、冰雪、水体和人工建筑六种类型，在可见光波段冰雪的反射率最高，沙漠次之，陆地、植被和人工建筑的反射率居中，而水体的反射率最低。