[发明专利]一种无定标卫星成像目标辐射特性反演方法及系统

权利要求书

1.一种无定标卫星成像目标辐射特性反演方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S100：获取当前时刻的目标场景的红外图像，确定定标地物，具体为：

步骤S101：获取当前时刻的目标场景的红外图像，确定定标地物，得到定标地物区域中心点在图像上的相面坐标；

步骤S102：根据定标地物区域中心点在图像上的相面坐标，通过坐标系变换获得相机视线，所述视线与地球表面的交点再转换为经纬高，其中：

所述坐标系变换包括：

（1）地心坐标系到轨道坐标系的转换，其转换矩阵计算公式为：

其中，，，分别为轨道坐标系、、轴在地心坐标系下的方向矢量，表示卫星平台的位置；

（2）轨道坐标系到卫星坐标系的转换，其转换矩阵计算公式为：

其中，、、分别为卫星相对于轨道坐标系的俯仰、旋转和偏航的角度；

（3）卫星坐标系到传感器成像坐标系的转换，其转换矩阵计算公式为：

其中，表示轴在卫星坐标系下的方向矢量，表示轴在卫星坐标系下的方向矢量，表示轴在卫星坐标系下的方向矢量；

所述视线的计算公式为：

其中，表示定标地物中心点视线在相机坐标系下的方向矢量，表示定标地物区域中心点在图像上的相面坐标对应于定标地物区域中心点相对于光轴的偏角，，，row和col分别表示图像的行数和列数，表示图像的像元视场角；

所述交点的计算公式为：

其中，为地球半径，表示定标地物区域中心点的空间位置坐标；

步骤S200：获取成像时刻的定标地物区域在图像上的平均灰度值，结合定标地物的气象条件，计算定标地物成像时刻的表面温度及其对应的自身辐射强度，根据相机像元视场角及其成像距离计算单个像元所覆盖定标地物的地表范围内的表面辐射能量，计算出定标地物至相机之间光学路径上的大气衰减及其程辐射，在面辐射模型下计算相机像元接收到的定标地物的辐射能量，确定定标地物平均灰度值与相机像元接收到辐射能量的映射关系，具体为：

步骤S201：获得定标地物区域在当前时刻的图像上的平均灰度值；

步骤S202：根据定标地物的气象条件，通过热平衡方程计算得到定标地物表面温度；

步骤S203：根据定标地物表面温度，通过普朗克定律计算定标地物自身辐射强度；

步骤S204：通过Modtran计算获取定标地物区域红外图像成像时刻的气象条件下到达该区域的谱段的太阳热辐射强度，并根据太阳漫反射模型，计算定标地物的漫反射辐射强度分量，地表对太阳的漫反射光强度近似地服从Lambert定律，即漫反射光的光强仅与入射光的方向和反射点处表面法向夹角的余弦成正比，由此构造出Lambert漫反射模型：

为标定地物表面漫反射分量，其中，，是入射光线的方向与物体表面该顶点法线的夹角，或称为入射角，其中，；

步骤S205：计算单个像元所覆盖定标地物的地表范围内谱段辐射能量；

步骤S206：根据相机和定标地物区域中心点的经纬高的几何关系，以及大气参数计算定标地物和相机之间对应波段的大气透过率和该段路径的程辐射；

步骤S207：在面辐射模型下，根据定标地物和相机之间对应波段的大气透过率和该段路径的程辐射，计算相机像元接收到的定标地物的辐射能量E；

步骤S208：确定定标地物平均灰度值与相机像元接收到辐射能量的映射关系；

步骤S300：获得目标在图像上的灰度值；

步骤S400：根据定标地物灰度值与接收到的辐射能量的映射关系反演出目标的自身辐射强度。

2.根据权利要求1所述的无定标卫星成像目标辐射特性反演方法，其特征在于，所述步骤S400具体为：根据定标地物平均灰度值与相机像元接收到辐射能量的映射关系，可计算出相机像元接收到目标的辐射能量，并考虑大气效应的修正，在点源辐射模型下反演出目标的自身辐射强度。