[发明专利]一种地表类型数据支持的遥感图像云阴影检测方法

权利要求书

1.一种地表类型数据支持的遥感图像云阴影检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：地表晴空像元库与阴影像元库的构建；

在全球选取耕地、森林、草地、灌木、湿地、人造地表以及裸地样本，构建晴空像元库和云阴影像元库；选取虚阴影样本，保证阈值模拟和概率计算时虚阴影识别的正确率；

步骤2：最优波段的选取；

根据建立的先验像元库，模拟各个阈值范围所对应的阴影像元正确率和误判率，若某波段满足较高阴影正确率的同时还有较低的误判率，则选取该波段作为检测波段之一；

步骤3：云阴影概率图的生成；

云阴影概率图生成是利用各地表类型先验地表库计算各个波长处的云阴影概率，将得到的结果以S函数拟合出云阴影概率计算公式；地物需要多个波段进行检测，分别以每个波段拟合的函数的标准误差作为权重加权合成最终云阴影概率结果，同时得到云阴影二值结果；

具体包括如下步骤：

步骤3.1：阴影像元正确率和晴空像元误判率同时为0时阈值的最大值为MIN₁，同时为1时阈值的最小值为MAX₁，表达式如下，其中SCR表示阴影正确率，FR表示晴空错判率，T表示阈值：

MΙN₁＝T_{max{SCR＝0,FR＝0}} (1)；

MΑX₁＝T_{min{SCR＝1,FR＝1}} (2)；

当阈值T∈[MIN₁，MAX₁]时，在该范围内以0.001为间隔依次遍历N个区间，统计计算每个0.001范围区间内云阴影概率，取每个区间右端值为该区间的阈值，因此得到每一阈值处对应云阴影概率，第i个区间云阴影概率计算如下：

其中，N_shadow表示落在[MΙN₁+(i-1)×0.001,MΙN₁+i×0.001]内阴影像元的个数，N_total表示该区间内像元总个数，由此，计算出区间内阴影占所有像元的比例，进而得到了某一阈值处对应云阴影的概率值；

步骤3.2：根据公式(5)，计算得到基于地表类型支持的云阴影概率；

在此计算中，记概率为1时对应最大的一个阈值为MIN，概率为0时对应的一个最小阈值为MAX，当影像像元值小于MIN时，云阴影的概率为1，像元值大于MAX时，云阴影概率为0；当阈值在MIN和MAX之间时，根据统计，各个阈值对应的云阴影概率会呈现一定趋势，据统计该云阴影概率拟合效果最佳的函数为Sigmoid函数，该函数由以下公式定义：

经拟合统计，基于各地表类型所选最优波段，分别进行以上云阴影概率的模拟统计，得到单波段S型曲线拟合系数、拟合优度以及标准误差；

总云阴影概率计算公式，如公式(6)所示；

其中，a、b和x₀分别为S型函数的拟合系数，n为地表类型i所需波段数，W_i,j为地表类型i的j波段的权重；ρ_i,j为遥感影像表观反射率，通过公式(5)计算出在地表类型i的j波段云阴影概率；当表观反射率低于MIN时，云阴影概率为1，认为该像元确定为阴影像元；当表观反射率高于MAX时，云阴影概率为0，则认为该像元为晴空像元；

步骤3.3：根据公式(6)，计算得到各最佳波段的加权合成，最终得到云阴影检测概率结果。

2.根据权利要求1所述的地表类型数据支持的遥感图像云阴影检测方法，其特征在于：在步骤1中，构建地表晴空像元库与阴影像元库时，必须满足以下条件：

首先，像元库中的像元须保证其中的像元为阴影或晴空且二者数量接近，当阴影上方有薄云覆盖时，不宜选取为像元库像元，保证像元库的正确性；其次，像元库必须保证有足够多有代表性的样本；最后，样本的选取需要考虑阴影的类型。

3.根据权利要求1所述的地表类型数据支持的遥感图像云阴影检测方法，其特征在于：在步骤2中，为了找到每种地物的最佳波段选择，根据建立的先验像元库，以反射率从0到1以0.01为间隔变化，随阈值的变化分别计算对应像元库里的阴影像元正确率和晴空像元误判率；阴影像元正确率为阴影像元正确个数与阴影像元总个数的比值；晴空像元误判率为误判为阴影的晴空像元个数与晴空像元总个数的比值；

当某一地表类型存在符合阴影像元正确率和晴空像元误判率均分别高于0.95、低于0.1条件的阈值，则将此波段列入该地表类型的最佳波段之一。