專利名稱：基于微小地形的遙感影像的地形校正的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于微小地形的遙感影像的地形校正方法，屬于遙感影像處理領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
遙感技術(shù)，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。遙感數(shù)據(jù)源向著更高光譜分辨率和 更高空間分辨率發(fā)展的同時(shí)，遙感影像處理技術(shù)也更加成熟；在應(yīng)用上，結(jié)合了地理信息系 統(tǒng)(GIS)和全球定位系統(tǒng)(GPS)，向著更系統(tǒng)化，更定量化方向發(fā)展，使遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用更 廣泛和深入。但是，遙感數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，由于光學(xué)遙感影像中的山體的陰坡與陽(yáng)坡的波段 輻射亮度存在巨大反差，導(dǎo)致兩個(gè)反射特性相同的地物在遙感影像中反映為不同的輻射亮 度，嚴(yán)重影響定量遙感的校正精度。因此，消除地形引起的光照度變化是遙感影像定性、定 量應(yīng)用之前的重要處理手段。消除坡度坡向引起的輻射誤差的過(guò)程被稱為地形校正。目前 基于DEM數(shù)據(jù)的遙感影像的地形校正方法主要有余弦校正、C校正、Mirmeart校正。余弦 校正和C校正是朗伯體校正模型，把地物的二向反射函數(shù)(BRDF)當(dāng)作是常數(shù)，忽略了地物 反射的二向性。Mirmeart校正，雖然引入了 Mirmeart因子k來(lái)描述地物表面的各向異性， 但是沒(méi)有實(shí)際的物理意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，提供一種基于微小地形的遙感 影像的地形校正的方法，該方法能消除地形起伏引起的遙感影像的輻射誤差，使校正后的 遙感影像能更真實(shí)地反映地物的反射特性。為達(dá)到上述發(fā)明的目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案 一種基于微小地形的遙感影像的地形校正的方法，其特征在于
首先將遙感影像與DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，確定每個(gè)遙感影像像元中微小地形的個(gè)數(shù)；再 通過(guò)DEM數(shù)據(jù)和太陽(yáng)、傳感器的方位，計(jì)算出每個(gè)微小地形的坡度坡向以及入射角和觀測(cè) 角，計(jì)算每個(gè)微小地形在水平面上的投影輻射因子和每個(gè)微小地形的相鄰微小地形對(duì)其的 遮蔽因子；最后，根據(jù)每個(gè)微小地形在水平面上的投影輻射因子、每個(gè)微小地形的相鄰微小 地形對(duì)其的遮蔽因子和每個(gè)遙感影像像元中微小地形的個(gè)數(shù)計(jì)算得到每個(gè)遙感影像像元 總的投影輻射因子，進(jìn)而對(duì)原始遙感影像進(jìn)行地形校正，其具體步驟如下
(1)、首先用遙感影像與DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，使DEM空間分辨率是遙感影像分辨率的整 數(shù)倍；
(2)、確定每個(gè)遙感影像像元中包含的微小地形的個(gè)數(shù)N；
(3)、根據(jù)DEM數(shù)據(jù)以及太陽(yáng)的方位和傳感器的方位，分別計(jì)算每個(gè)微小地形的坡度、 坡向、入射角和觀測(cè)角；
(4)、根據(jù)計(jì)算出的坡度坡向數(shù)據(jù)計(jì)算每個(gè)微小地形在水平面上的投影輻射因子K；
(5)、計(jì)算每個(gè)微小地形的相鄰微小地形對(duì)其的遮蔽因子GAF；(6)、計(jì)算總輻射因子KT;
(7)、利用總輻射因子KT對(duì)遙感影像進(jìn)行地形校正，得到校正后的遙感影像。 上述步驟(3)中所述的分別計(jì)算每個(gè)微小地形的坡度、坡向、入射角和觀測(cè)角，其 計(jì)算如下
(3-1)、計(jì)算每個(gè)微小地形的坡度、坡向設(shè)DEM數(shù)據(jù)中某一像元值 Iiii，下標(biāo)..為像元在數(shù)據(jù)中的行列號(hào)，微小地形的坡度0和坡向φ計(jì)算式如下
權(quán)利要求
1.一種基于微小地形的遙感影像的地形校正的方法，其特征在于首先將遙感影像與 DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，確定每個(gè)遙感影像像元中微小地形的個(gè)數(shù)；再通過(guò)DEM數(shù)據(jù)和太陽(yáng)、傳 感器的方位，計(jì)算出每個(gè)微小地形的坡度坡向以及入射角和觀測(cè)角，計(jì)算每個(gè)微小地形在 水平面上的投影輻射因子和每個(gè)微小地形的相鄰微小地形對(duì)其的遮蔽因子；最后，根據(jù)每 個(gè)微小地形在水平面上的投影輻射因子、每個(gè)微小地形的相鄰微小地形對(duì)其的遮蔽因子和 每個(gè)遙感影像像元中微小地形的個(gè)數(shù)計(jì)算得到每個(gè)遙感影像像元總的投影輻射因子，進(jìn)而 對(duì)原始遙感影像進(jìn)行地形校正，其具體步驟如下(1)、首先用遙感影像與DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，使DEM空間分辨率是遙感影像分辨率的整 數(shù)倍；(2)、確定每個(gè)遙感影像像元中包含的微小地形的個(gè)數(shù)N；(3)、根據(jù)DEM數(shù)據(jù)以及太陽(yáng)的方位和傳感器的方位，分別計(jì)算每個(gè)微小地形的坡度、 坡向、入射角和觀測(cè)角；(4)、根據(jù)計(jì)算出的坡度坡向數(shù)據(jù)計(jì)算每個(gè)微小地形在水平面上的投影輻射因子K；(5)、計(jì)算每個(gè)微小地形的相鄰微小地形對(duì)其的遮蔽因子GAF；(6)、計(jì)算總輻射因子KT;(7)、利用總輻射因子KT對(duì)遙感影像進(jìn)行地形校正，得到校正后的遙感影像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微小地形的遙感影像的地形校正的方法，其特征在于， 上述步驟(3)中所述的分別計(jì)算每個(gè)微小地形的坡度、坡向、入射角和觀測(cè)角，其計(jì)算如 下(3-1)、計(jì)算每個(gè)微小地形的坡度、坡向設(shè)DEM數(shù)據(jù)中某一像元值Ziii，下標(biāo)..為像元在數(shù)據(jù)中的行列號(hào)，微小地形的坡度0和坡向的計(jì)算式如 1J !,Jατα下微小地形的坡度 θα = Brctmq^+fy2)(3)微小地形的坡向 <4 = arctanCf)(4)其中，θ表示為每個(gè)微小地形的坡度，φα表示為每個(gè)微小地形的坡向；(3-2)計(jì)算每個(gè)微小地形的入射角和觀測(cè)角設(shè)每個(gè)微小地形的入射角和觀測(cè)角分別為乓和& ,其入射角4和觀測(cè)角I的計(jì)算式如下入射角 = arccos(cos(sz) cos(0a) + sm(sz)sm(5y cos(禱—4) (5)其中，J2和疼分別為太陽(yáng)的天頂角和方位角，觀狽 Ij 角 θγ = arccos(cos(w) cos(&+sm(sz) Sin(Ba) cos(4 - Φα) (6)其中，m和#分別為傳感器的天頂角和方位角。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于微小地形的遙感影像的地形校正的方法，其特征在于， 上述步驟中所述的計(jì)算每個(gè)微小地形在水平面上的投影輻射因子K，其具體計(jì)算式為COs(^ffi) ^ cos(w)其中一是太陽(yáng)入射角傳感器觀測(cè)角"是每個(gè)微小地形的坡度，IZ是傳感器的 天頂角。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于微小地形的遙感影像的地形校正的方法，其特征在于， 上述步驟(5)中所述的計(jì)算每個(gè)微小地形的相鄰微小地形對(duì)其的遮蔽因子GAF，定義遮蔽 因子GAF為既能被照射到又能被觀測(cè)的坡面面積與坡面總面積的比值，其具體步驟如下(5-1)、將太陽(yáng)入射光線方向和傳感器觀測(cè)方向分別為χ、7兩個(gè)方向，設(shè)DEM數(shù)據(jù)中某一像元，在方向上的入射角和觀測(cè)角分別和，在 方向上的入射角和觀測(cè)角分 χiA rx y別θ 和θ ；syry(5-2)、確定方向上的非陰影區(qū)域的比例/.令DEM數(shù)據(jù)中象元的大小是 ，χ議mxm那么象元的邊長(zhǎng)是《，令任意DEM數(shù)據(jù)象元在沿太陽(yáng)入射方向的r方向上被相鄰DEM數(shù)據(jù)象元遮蔽的邊長(zhǎng)是m.，根據(jù)象元的邊長(zhǎng)、象元被相鄰象元遮蔽的邊長(zhǎng)Ζ .. 1J方IXIX χ向上太陽(yáng)光線入射角<9.之間的幾何關(guān)系，確定方向上的非陰影區(qū)域的比例，其IXIX計(jì)算式為JI —"I , ^<θαΛθ ,、U—一-A+^Tn—⑶JflCOSd +aix IX.其中，是象元的邊長(zhǎng)，Wl.是DEM數(shù)據(jù)某一象元被相鄰DEM數(shù)據(jù)象元遮蔽的邊長(zhǎng)，…IXΘιχ是方向上DEM數(shù)據(jù)中某一像元在χ方向上的入射角，^r是DEM數(shù)據(jù)中某一像元在 方向上的坡度，是方向上DEM數(shù)據(jù)中某一像元的沿太陽(yáng)入射方向的方向上的相γCliJL ^ 鄰DEM數(shù)據(jù)象元在x方向上的坡度；(5-3)、確定方向上的可視區(qū)域的比例/ 令DEM數(shù)據(jù)中，象元的大小是 ，rrχ mxm那么象元的邊長(zhǎng)是令某DEM數(shù)據(jù)象元在沿傳感器觀測(cè)方向的Χ方向上被相鄰DEM數(shù)據(jù)象元遮蔽的邊長(zhǎng)是m ,根據(jù)象元的邊長(zhǎng)、象元被相鄰象元遮蔽的邊長(zhǎng)Wl打與方f Λf^jF ^v 太向上傳感器觀測(cè)角0 之間的幾何關(guān)系，確定方向上的可視區(qū)域的比例J ，其計(jì)算L·/________fitΓΧ式為卜11.+.^^4 ⑶m cos(i9 + Θarx rx ‘其中，是象元的邊長(zhǎng)，m一是DEM數(shù)據(jù)某一象元被相鄰DEM數(shù)據(jù)象元遮蔽的邊長(zhǎng)，m^是方向上DEM數(shù)據(jù)中某一像元在方向上的入射角，^是方向上DEM數(shù)據(jù)中某 rx χχχ一像元在1方向上的坡度，Uarx是DEM數(shù)據(jù)中某一像元的沿傳感器觀測(cè)方向的方向上 的相鄰DEM數(shù)據(jù)象元在ζ方向上的坡度；χ肌ι(5-4)、確定方向上的非陰影區(qū)域的比例令DEM數(shù)據(jù)中，象元的大小是7νmxm，那么象元的邊長(zhǎng)是,令某DEM數(shù)據(jù)象元在沿太陽(yáng)入射方向的7方向上被相鄰DEM數(shù)據(jù)象元遮蔽的邊長(zhǎng)是卿…，根據(jù)象元的邊長(zhǎng)、象元被相鄰象元遮蔽的邊長(zhǎng)Wf…與方向 νmV y上太陽(yáng)光線入射角Gv之間的幾何關(guān)系，確定方向上的非陰影區(qū)域的比例/.，其VVψ計(jì)算式為
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于微小地形的遙感影像的地形校正的方法，其特征在于， 上述步驟(6)中所述的計(jì)算總輻射因子KT，總輻射因子KT定義為每個(gè)遙感影像中包含的所 有微小地形的投影輻射因子K與遮蔽因子GAF乘積的均值，其計(jì)算式為NΣ ^ .■. χ ￠^ .jf^l J^1.,η“(14)KT = _N其中，N為每個(gè)遙感像元中微小地形的個(gè)數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于微小地形的遙感影像的地形校正的方法，其特征在于， 上述步驟(7)中所述的利用總輻射因子KT對(duì)遙感影像進(jìn)行地形校正，得到校正后的遙感影像，其具體計(jì)算如下當(dāng)微小地形的坡度一力0時(shí)，總輻射因子KT變?yōu)镵H，其中KH是平坦區(qū)域的輻射因子，地形校正計(jì)算式如下r K H _..lH =TTlT(15)其中，4表示校正前遙感影像的輻射亮度值，iE表示校正后遙感影像的輻射亮度值。陰影區(qū)域面積與象元總面積的比值為I，，其計(jì)算式為(12)s κ ψ令DEM數(shù)據(jù)某一象元的可視區(qū)域面積與象元總面積的比值力< 其計(jì)算式為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于微小地形的遙感影像的地形校正的方法，該方法首先將遙感影像與DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，確定每個(gè)遙感影像像元中微小地形的個(gè)數(shù)；再通過(guò)DEM數(shù)據(jù)和太陽(yáng)、傳感器的方位，計(jì)算出每個(gè)微小地形的坡度坡向以及入射角和觀測(cè)角，計(jì)算每個(gè)微小地形在水平面上的投影輻射因子和每個(gè)微小地形的相鄰微小地形對(duì)其的遮蔽因子；最后，根據(jù)每個(gè)微小地形在水平面上的投影輻射因子、每個(gè)微小地形的相鄰微小地形對(duì)其的遮蔽因子和每個(gè)遙感影像像元中微小地形的個(gè)數(shù)計(jì)算得到每個(gè)遙感影像像元總的投影輻射因子，進(jìn)而對(duì)原始遙感影像進(jìn)行地形校正。該方法利用微小地形的相鄰微小地形對(duì)微小地形的遮蔽影響，提高遙感影像的地形校正精度。
文檔編號(hào)G01S7/497GK102073038SQ20101056282
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者朱瑞芳, 李先華, 陸珊, 韓曉夢(mèng), 黃微 申請(qǐng)人:上海大學(xué)