[发明专利]一种基于PCA变换的遥感反射率图像反立体校正方法

说明书

技术领域：

本发明涉及遥感技术领域，具体地讲是一种基于PCA变换的遥感反射率图像反立体校正方法。

背景技术：

经过60多年的发展，当代遥感技术已经被广泛应用于资源、环境等领域。然而，在遥感图像应用中，由于受太阳、大气和地形等多种因素的影响，导致地表接收到的太阳辐射能量并不均一，进而导致遥感图像中阴、阳坡地表的图像辐亮度具有明显差异。这种辐射亮度的差异，使得遥感图像具有一定的立体感。然后，对北半球来说，由于资源卫星大多为太阳同步极轨卫星，传感器成像时间为地方时九点半至十点半之间。该时刻成像，阳光从东南向射入，山脊两侧的南向坡形成光照面，北向坡为阴影面，而传统的上北下南影像构图方式，使得遥感图像中阴影面位于光照面上方。由于人类视觉生理、心理特点和视觉习惯，遥感图像中山脊阴影面位于光照面上方，表现为凹陷（沟谷）。这种视觉上立体感相反的现象，在北半球太阳同步轨道卫星图像中是普遍存在的，被称为反立体现象（Saraf et al., 1996; Rudnicki, 2000; Patterson, 2004，BoWu et al,2012），即在遥感图像中，山脊表现为凹陷，而沟谷表现为凸起山脊。

遥感图像中反立体现象的存在增加了判读遥感图像中的纹理信息的难度，因此，校正遥感影像的反立体现象，使图像立体感符合视觉习惯，将有助于对遥感影像的解译。导致反立体现象的因素主要有：地形阴影、太阳高度角、太阳方位角、观察的角度以及山坡上的纹理等（Saraf et al., 2005）。目前反立体校正方法主要有图像南北向旋转法、像元值逆转法、地形阴影图SRM参与的色彩空间变换融合3类。

（1）图像南北向旋转法将影像旋转180°，将上北下南的构图变为上南下北显示。该方法最简单，且完整的保留了成像时刻的地物光谱信息，但由于构图方向发生改变，使得图像中东西向发生改变，导致图像空间位置关系的倒转，地物的几何特征同传统的识图习惯不符，为图像解译带来不便。（2）像元值逆转法主要有两种：直接逆转原始影像像素DN值、以HIS正逆变换为基础，逆转色彩亮度I的像元值。这两种方法都通过像素值的逆转，将图像中暗区，即阴影区，强制改变为亮色调，即光照面，使图像中阴、阳面交换，实现正立体化。两种算法忽视了图像像元的光谱信息，因此，光谱信息损失很大。（3）地形阴影图参与的色彩空间变换融合法顾及到遥感图像中的反立体现象依赖于由成像时刻的太阳-目标-传感器的几何关系所导致照度分布特点及人类三维视觉感知习惯，利用外部DEM数据模拟正立体照度信息（太阳位于西北），基于HIS（或HSV）等色彩融合方法，改变原始RGB图像中的亮度分量，以达到反立体现象的校正（Saraf et al., 1996，2004；章皖秋等,2010）。

方法（2）、（3）通过修改图像像素灰度值来实现正立体校正，但均存在明显的光谱信息损失。王涛等（2016）对传统的参与的HIS融合法顾进行了改进，考虑到遥感图像所表现出的反立体现象是受传感器成像时刻太阳高度角、方位角、地表起伏程度及人类的三维视觉习惯共同作用的。因而，发明了“一种基于地表粗糙度和阴影模型的遥感图像反立体校正方法”，该方法采用RGB和HSV色彩空间的变换，对地形起伏大的地表给予较高的权重，而对地形平坦的地表给予较低的权重，实现对遥感光学图像反立体现象的校正。方法具有图像光谱损失小且方法简单的优点，但受限于RGB色彩空间和HSV色彩空间的变换技术，因而只能对光学遥感灰度值图像进行反立体校正，无法应用于经过图像光谱定量化预处理的图像（即遥感反射率图像）校正，并且采用的地表粗糙度标准化方法有待提高。

发明内容：

本发明的目的是克服上述已有技术的不足，而提供一种基于PCA变换的遥感反射率图像反立体校正方法；主要解决现有基于融合法方法所存在光谱信息损失大、无法处理遥感反射率图像的问题。

本发明的技术方案是：一种基于PCA变换的遥感反射率图像反立体校正方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

a 对由搭载在航天、航空飞行器上的传感器或遥感器所记录的遥感数字灰度图像进行辐射校正和大气校正，获得校正后的遥感反射率图像；

b 对遥感反射率图像和数字高程模型DEM数据进行配准，统一坐标系统为高斯-克吕格平面直角坐标系，并作重采样和裁剪工作，使两者具有相同的空间分辨率和图幅范围；

c 基于遥感反射率图像，进行主成分变换PCA，获得不相关各主成分数据；

d 根据遥感反射率图像的成像时刻及图像中心点经纬度坐标，计算成像时刻太阳方位角和太阳高度角；