[发明专利]一种海面不同厚度原油油膜高光谱探测通道选择方法

说明书

技术领域

本发明涉及海洋环境监测技术领域，尤其涉及一种海面不同厚度原油油膜高光谱探测通道选择方法。

背景技术

海上溢油是海洋污染的主要形式之一，溢油发生后，其位置、种类、面积和相对厚度等相关信息是公众和媒体十分关注的。在应用遥感进行溢油检测方面，国内外对多光谱、热红外、雷达等均有广泛的研究与应用，但由于海洋环境复杂、海面大气影响，水体对电磁波的散射与吸收作用，海面油膜遥感信息较弱，导致海面油膜信息提取时存在“同物异谱，同谱异物”的现象。随着高光谱遥感技术的出现和发展，针对海面油膜信息的高光谱遥感探测技术研究也得到不断发展，该技术可获取地物目标近乎连续的反射光谱，从而根据光谱特征差异来区分海水与溢油目标。

高光谱遥感数据在进行油膜和水体探测时，同时受到传感器系统噪声和数据获取时大气的影响(系统噪声与大气影响合称环境噪声)，因此水体与油膜在遥感图像上的可区分性不仅考虑实测光谱差异，还应考虑环境噪声的影响。但当前利用实测光谱选择有利波段和传感器时，假设观测过程中的环境噪声可以忽略，仅分析了水体和油膜实测光谱差异，从而导致油膜探测通道选择结果不准确。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种可提高探测通道选择准确度的海面不同厚度原油油膜高光谱探测通道选择方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种海面不同厚度原油油膜高光谱探测通道选择方法，包括以下步骤：

A.获取实测海水及不同厚度原油油膜的光谱反射率数据

不同厚度原油油膜的光谱反射率数据测量时间选择在天气晴朗无云、风速较小的11:00～12:30进行，为了减少外界反射太阳光对结果造成干扰，测量人员着深色服装。光谱测量设备为ASD地物光谱仪，光谱范围为350～2500nm。数据采集前，ASD地物光谱仪自动进行暗电流校正；在测量海水和油膜前分别测量参考板的反射率光谱数据，参考板采用与ASD配套的漫反射标准参考板；测量时探头距参考板、水面和油膜20-50cm且垂直向下，视场角3°-25°；测量过程中每隔3～5分钟测量一下参考板的反射率光谱数据；对同一测量目标重复测量10次，剔除离群数据后，计算每组数据的平均值，得到海水、油膜的光谱反射率数据R^m。

B.对Hyperion数据进行预处理

Hyperion是地球观测一号星EO-1上搭载的推扫式高光谱成像光谱仪，其光谱范围为356-2577nm，共有242个波段，光谱分辨率约为10nm。经过辐射定标处理的波段数为198个，其中VNIR56、57波段与SWIR77、78波段重叠，实际可用波段为196个。考虑到水体在大于1000nm后对光的强吸收作用，选择波长小于1000nm的Hyperion波段进行分析。Hyperion数据在成像过程中受到大气中水汽和臭氧的影响，为了消除大气的影响，将Hyperion原始数据转换为地球表面的反射率数据，需要进行大气校正。大气校正使用的工具是软件ENVI4.5的FLAASH模块，使用该软件可同时获取Hyperion数据的光谱响应函数。

C.对实测光谱数据光谱进行滤波

利用步骤B获取的Hyperion数据的光谱响应函数作为滤波器，对步骤A获取的实测海水和不同厚度油膜的光谱反射率数据R^m进行滤波。即按照Hyperion传感器的中心波长和波段数设置，对实测光谱数据进行滤波，得到模拟Hyperion通道数据R^r。

D.对Hyperion数据环境噪声进行等效反射比计算

对传感器-大气-目标系统噪声的准确估计，能够提高环境信息提取的准确性，为评估遥感系统提取环境变量的准确性和精确性，需要对遥感图像的环境噪声等效反射比NEΔR_E进行计算。

NEΔR_E＝σ(R)

σ(R)是Hyperion数据上一个覆盖内部尽量均匀、光学深度很大水域的窗口内各波段反射率标准差，通过调整窗口大小，使σ(R)达到收敛。采用Wettle等人提出的自动局部收敛定位算法进行窗口位置选择。

E.对模拟Hyperion通道数据进行归一化

将步骤C得到的模拟Hyperion通道数据R^r归一化至步骤D得到的NEΔR_E光谱，得到归一化后光谱S。

S＝R^r/NEΔR_E

F.对Hyperion数据油膜厚度进行敏感性评价与通道选择