[发明专利]关联卫星热图像数据以生成空间分辨率高的热量地图

说明书

描述了一种用于创建地区的热量地图的方法和设备，其中，通过拼合具有不同特性的两个热图像来生成该热量地图，其中，这两个热图像包含分配给该地区的像素并由卫星记录下来。这两个热图像在时间上错开地由不同的记录装置记录下来。此外，第一热图像的辐射计量精度高于第二热图像的辐射计量精度，第二热图像的空间分辨率高于第一热图像的空间分辨率。从两个热图像确定第二热图像的在空间上被分配给该地区的第一像素组的测量值偏差，然后确定第二热图像的被分配给该地区的像素的校正后的绝对测量值。然后，基于此来创建该地区的精确热量地图。还公开了一种用于确定热量地图的时序的方法和一种用于执行所述方法的计算机程序产品。

技术领域

本发明涉及一种使用卫星热图像数据来确定空间分辨率高的热量地图。

背景技术

尽量精确确定的地表温度(LST，Land Surface Temperature)是许多不同应用的重要组成部分，例如用于森林火灾探测、城市温度分布(UHI，Urban Heat Island)中的局部最大值测定、农业植被指数确定或本地和全球气候建模。在此，只有通过使用卫星才能对地表温度进行广泛而精确的测量。

在此，温度例如不是直接测量的，而是从卫星搭载探测器上的辐射强度推导出的。辐射强度R_λ在此是由一表面在给定的时间内朝特定方向在规定光谱范围内发出的辐射(能量)，并且以瓦特/平方米·球面弧度来表示。

探测器本身记录灰度值图，可在灰度值图中将各个像素的亮度分配给测定的辐射强度。

例如通过如下形式的线性方程来将灰度值DN分配给辐射强度R：

R＝aDN+b

其中，常数a和b通过探测器校准被确定。

在已知波长λ的情况下可根据以下关系直接通过普朗克辐射定律推断出温度T：

k₁＝2hc²

k₂＝hc/σ_B

在这里，h是普朗克作用量子，c是真空中的光速，σ_B是玻尔兹曼常数。

在此，可自此推导出温度的测得的输出参数可以取决于探测器类型。例如在所谓的微测辐射热计情况下，例如要么测量与温度相关的电阻，要么直接通过温度计测量吸收体的温度变化。在第一种情况下，通过预先确定的电阻与温度之间的函数关系来推断温度。

碲镉汞(MCT)探测器是半导体元件，在此，针对每个像素所捕获的能量与其亮度近似线性相关。因此在像素视野和曝光时间已知的情况下可以推断出辐射强度，该辐射强度如上所述与温度有关。

另一类探测器是量子阱红外光电探测器(QWIP)，在此，当红外(IR)光入射时也会释放出载流子，载流子随后产生可测电流。

还有其它类型的探测器，但通常它们的共同点是通过易测量的物理参数(电阻、电压等)的变化来确定作为推导参数的温度。

在用红外摄像机从太空测量LST时的一项普遍挑战是要获得高的绝对辐射计量精度，即测得的地表辐射温度的精度。测得温度在此情况下应尽可能准确地反映测量范围的实际平均辐射温度。此时出现的难题尤其来自探测器温度波动、待测红外线经过大气层的情况、与波长和视角相关的地表发射率、在测量范围内有不同发射率的不同表面类型(如道路、田野、森林、建筑等)、反射的太阳辐射和对结果的物理解读。因此，辐射温度通常被测量，然后尝试通过表面模型来推断表面温度。

许多上述应用同时需要高的时间分辨率和高的空间分辨率，以便例如记录UHI的或蒸散量的日周期。现有的卫星平台以及针对未来几年所计划的卫星平台无法满足此要求。