[发明专利]一种基于多态叠加Gamma分布的LJ1-01夜间灯光数据去噪方法

说明书

本发明提供一种基于多态叠加Gamma分布的LJ1‑01夜间灯光数据去噪方法，所述方法包括步骤：获取LJ1‑01夜间灯光数据；构造多态叠加Gamma分布函数，以用于表示所述LJ1‑01夜间灯光数据；求解各叠加态的权重；在所述LJ1‑01夜间灯光数据中选择纯噪声作为噪声子集；分离出所述噪声子集中的混合分布的权重；计算所述LJ1‑01夜间灯光数据剔除噪声后的概率密度；构造有效丰度函数，以用于表示剔除噪声后的概率密度与原始的概率密度的比值；根据所述有效丰度函数，计算有效灯光数据。本申请提供的一种基于多态叠加Gamma分布的LJ1‑01夜间灯光数据去噪方法能快速去除LJ1‑01夜间灯光数据的噪声，并能有效消除不同环境下的噪声，具有较好的鲁棒性，在实际应用中具有良好的实用性和有效性。

技术领域

本发明属于遥感数据技术领域，具体涉及一种基于多态叠加Gamma分布的LJ1-01夜间灯光数据去噪方法。

背景技术

夜间灯光遥感数据是人类夜间活动的直接反映，与人口、GDP和能源消耗有着极高的相关性。被捕获的夜间光点经过大气校正、几何校正等处理后即可得到带地理坐标的夜间灯光数据。1992-2013年间，美国国防气象卫星(DMSP)搭载的线性扫描业务系统(OLS)实现了首次对夜间灯光数据的利用，该数据公布时已剔除非城市灯光，可直接用于相关研究，这是夜间灯光遥感的起点。2013年之后，数据由Suomi国家极轨道伙伴关系卫星搭载的可见光红外成像辐射仪(NPP-VIIRS)提供，相比较MSP/OLS而言，NPP-VIIRS不仅能够获取夜间的可见光和近红外图像，还提高了5倍的空间分辨率和250倍的辐射分辨率，解决了MSP/OLS灯光数据过饱和溢出的问题。获取高空间分辨率、高时间分辨率和高辐射分辨率的夜间灯光影像将会具有更高的科研价值和更广泛研究方向。2018年6月，中国武汉大学与CGSTL(长春卫星科技有限公司)共同开发的新一代遥感科学实验微卫星LJ1-01卫星，分辨率为130米，幅宽250km*250km，理想条件下15天内可绘制完全球夜间灯光影像。相比于NPP-VIIRS和DMSP/OLS，LJ1-01具有更好的利用空间和研究价值，可以满足更为精细的船舶提取、工厂提取和城市边缘划定等任务要求，但是该夜间灯光数据在不同的天气情况下、不同的地表反射率下会出现较多的杂散光噪声。杂散光噪声有自于太阳的强能量、云层的漫反射、高地表反射率的异常路径等目标光线，它们和正常的能量分布混淆在一起，使得传感器获得的影像具有较多的噪声，严重影响总灯光值得统计量、正常地表能量分布的边界清晰度等的提取与分析，严重影响后期数据的利用效率。

LJ1-01中的杂散光噪声会影响数据的分析、提取和评估精度，因此必须进行剔除。DMSP通过去除宽光谱带(0.4-1.1um)的稳定产物，消除噪声影响。虽然VIIRS在设计时使用旋转望远镜组件(RTA)代替扫描镜，可以消除入射角大于28度的光线，但在高纬度地区任然存在噪声问题。相比而言，LJ1-01运用包括异性挡板和内部结构优化等杂散光去除方法，适当地消除了太阳杂散光，但仍有少部分来自地表反射和大气散射的光污染了原始灯光数据。

不同时间不同地区的灯光数据精度主要受到云层漫反射和部分大颗粒污染物折射以及近邻地表反射率等的影响。如果将这些噪声去除，LJ1-01能够提供更好的服务产品，例如：GDP指数、碳排放指数和城市空置率指数等。研究LJ1-01数据中的剔除噪声，对该数据的挖掘与利用具有重要的意义和参考价值。因此，本文研究LJ1-01夜间灯光概率分布模型，针对各地区中LJ1-01中噪声概率分布情况，确定多态叠加Gamma分布模型[23-26]，实现该区域噪声的剔除。

目前现有的相关技术中主要有以下2个方法为主：大水域阈值去噪法和正态分布拟合截断法；

1、大水域阈值去噪法

以主观判断为主，主观认定大水域中无人为活动的干扰，没有主动的灯光数据，因此，在大水域中的灯光亮度值均为噪声。首先，选定一个或多个大水域区域；其次，计算这些区域中灯光值的中值、均值以及方差等。最后，划定阈值为中值、均值或者其他特征值。