[发明专利]一种高分辨率全波段超光谱遥感图像仿真方法

说明书

本发明公开了一种高分辨率全波段超光谱遥感图像仿真方法，包括如下步骤：输入少量波段超光谱图像，对输入图像进行预处理，将图像本身的灰度值转化为图像中各个点的光谱反射率值；针对图像中不同的光谱反射率值，对图像进行分类；将图像中各点的光谱反射率与标准地物反射率数据库中的对应波段的地物光谱反射率数据进行比对，通过误差函数匹配出每一个分类块所对应的真实地物；再借由标准地物反射率数据库，计算出所匹配地物在仿真波段的光谱反射率；将地物光谱反射率转化为光谱辐射亮度值，完成对全波段图像的仿真；输出仿真图像。本发明可在仅有少量波段图像信息的基础上，从物质本征的反射率出发，实现对高分辨率全波段超光谱图像的仿真。

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其是一种高分辨率全波段超光谱遥感图像仿真方法。

背景技术

随着各国航空航天研究与企业的发展，地外空间的战略地位日益提高，在全球空间科技竞赛愈加激烈的形势下，天基遥感作为空间探测平台的重要应用之一，成为各国研究的重点。其中超光谱遥感数据蕴含大量的目标信息，不仅包含了目标在可见光波段的空间特性，也涵盖了目标在非可见波段的各种辐射特性，能够为研究者进行目标检测识别提供更为完备的依据。

然而超光谱图像的生成无疑对卫星的探测器性能提出了巨大的要求，如果只采用天基实测超光谱图像和实验室小场景超光谱图像来检验性能，一方面数据稀少必然导致极大的增加了研究成本；一方面难以对实际中各种复杂场景超光谱数据无遗漏的采集，不利于科研事业的发展；另一方面现如今卫星数据并不能覆盖全波段数据，适用范围大大缩减。所以，一种能够通过少量光谱波段图像数据对全波段超光谱遥感图像仿真的技术是迫切需求的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种高分辨率全波段超光谱遥感图像仿真方法，能够在仅有少量波段图像信息的基础上，实现对高分辨率全波段超光谱图像的仿真。

为解决上述技术问题，本发明提供一种高分辨率全波段超光谱遥感图像仿真方法，包括如下步骤：

(1)输入少量波段超光谱图像，对输入图像进行预处理，将图像本身的灰度值转化为图像中各个点的光谱反射率值；

(2)针对图像中不同的光谱反射率值，对图像进行分类；

(3)将图像中各点的光谱反射率与标准地物反射率数据库中的对应波段的地物光谱反射率数据进行比对，通过误差函数匹配出每一个分类块所对应的真实地物；

(4)再借由标准地物反射率数据库，计算出所匹配地物在仿真波段的光谱反射率；

(5)对已有的中、远红外波段利用普朗克黑体模型对温度参数进行反演；

(6)对特定的大气吸收波段采用FLAASH模型进行大气校正并结合暗目标像元法对大气参数进行反演；；

(7)将地物光谱反射率转化为光谱辐射亮度值，完成对全波段图像的仿真；

(8)输出仿真图像。

优选的，步骤(1)中，对输入图像进行预处理具体包括如下步骤：

(11)对输入图像进行辐射定标，将图像中每个点的灰度值转化为当前波段的光谱辐射亮度值；

(12)对辐射定标后的图像进行大气校正，利用MODTRAN对大气传输透过率和后向散射大气参数进行计算，将图像中各点光谱辐射亮度值转化为光谱反射率。

优选的，步骤(2)中，对图像进行分类，具体为：对图像进行分类采用无监督聚类的方式，例如：K-means聚类，C-fuzzy聚类，高斯混合聚类等算法均可适用。

优选的，步骤(3)中，误差函数匹配具体为：匹配过程中采用相对均方根误差作为匹配误差的判定函数，相对均方根误差最小的一组即为成功匹配结果，公式如下：